Чем больше мы узнаем об экзопланетах, тем больше понимаем, что Вселенная еще более странная, чем мы ее преставляем.
Трудно поверить, что до начала 1990-х годов астрономы еще не открыли ни одной планеты за пределами Солнечной системы.
Несмотря на то, что ученые были уверены, что другие звезды вращаются вокруг себе подобных, было мало доказательств существования других планетных систем до открытия двух экзопланет на орбите пульсара PSR 1257+12 в 1992 году Александром Вольщаном и Дейлом Фрейлом.
За этим первоначальным открытием вскоре последовало наблюдение 51 Pegasi b — первой экзопланеты , обнаруженной вокруг солнцеподобной звезды-в 1995 году, за что астрономы Мишель Майор и Дидье Келоз были удостоены Нобелевской премии по физике 2019 года.
С 1995 года наш каталог экзопланет стремительно расширяется. В настоящее время ученые подтвердили более 4000 миров за пределами нашей солнечной системы, а еще около 7000 подозреваемых ждут классификации. По мере того как наши методы наблюдения совершенствуются, этот процесс открытия только начинается. А позже в этом годубудет запущен космический телескоп Джеймс Уэбб (JWST), часть миссии которого будет посвящена поиску экзопланет.
По мере того, как мы узнаем больше о мирах за пределами Солнечной системы, начинает проявляться удивительный фактор: Вселенная странная. Наш растущий каталог экзопланет-от миров, из которых льется дождь из железа и стекла, до алмазных миров и планет, вырвавшихся из тисков родительских звезд, - показывает, что наша солнечная система обнадеживающе скучна.
WASP-76b: экзопланета, на которой идет дождь из расплавленного железа.
Обнаруженная в 2013году и дополнительно исследованная прибором ESPRESSO на Очень Большом Телескопе в 2020 году, WASP-76b-это планета, приливно-отливная привязанная к своей родительской звезде BD+01 316. Это означает, что одна сторона планеты постоянно обращена к звезде, вызывая обжигающе горячие температуры около 2500 градусов по Цельсию — достаточно горячие, чтобы испарить железо.
Обращенная к звезде сторона WASP-76b обжигается излучением , которое в тысячи раз интенсивнее, чем Земля получает от Солнца, в то время как сторона, обращенная к звезде F-типа, испытывает вечную ночь. Тем не менее, даже если "дневная сторона" планеты испытывает адские температуры, это не означает, что условия на "темной стороне" - это прогулка в парке.
Сторона WASP-76b, обращенная в обратную сторону от родительской звезды планеты, холоднее по крайней мере на 1000 градусов по Цельсию, и все же когда, пары железа переносятся через полушарие мощными ветрами, они охлаждаются, образуя жидкие капли. Эти капли расплавленного железа затем падают, бомбардируя более холодную сторону планеты.
Ключевой фоктор, который позволил астрономам обнаружить присутствие этих железных дождей, появился, когда прибор ЭСПРЕССО был использован для исследования атмосферы WASP-76b.
WASP-76b не единственная планета, которая переживает кошмарные дожди такого рода. Как это часто бывает с экзопланетами, дальнейшие открытия делают вещи намного более странными.
HD 189733 b: Ливни расплавленного стекла.
Из космоса HD 189733 b может показаться красивым и спокойным миром, напоминающим гигантский стеклянно-голубой мрамор. С экзопланетами, однако, внешность может быть обманчивой, и это определенно относится к этой планете-газовому гиганту, которая завершает орбиту вокруг своей звезды всего за 2,2 дня.
На самом деле, его прекрасный синий оттенок возникает из-за его смертоносной погоды, особенно дождей из расплавленного стекла, которые осыпают поверхность планеты. Тем не менее, это не предел почти маниакальных погодных условий планеты. На экзопланете, открытой в 2005 году рентгеновской обсерваторией НАСА "Чандра" и рентгеновскими телескопами ЕКА "ХММ Ньютон", дуют ветры со скоростью около 9000 километров в час. Эти сверхзвуковые ветры приводят к тому, что стеклянные дожди экзопланеты не просто падают, а по дуге направляются к поверхности, и также собирают частицы силикатов, превращая их в микроскопические снаряды.
Однако HD 189733 b интересена астрономам не только из-за своей необычной и опасной погоды. По данным НАСА, гигантская экзопланета обладает атмосферой, которая намного больше, чем ученые ожидали бы для такого мира. Эта расширенная атмосфера улавливает большую часть значительного излучения HD 189733 bHD 189733 b, получаемого от своих родительских звезд благодаря своей опасно близкой орбите, что означает, что газовый гигант нагревается до испытывает температуру до 930 градусов по Цельсию.
Тот факт, что атмосфера экзопланеты захватывает так много интенсивного излучения от звезд двойной системы HD 189733 b означает, что она быстро удаляется в космос. Однако не все может быть потеряно, поскольку другая экстремальная экзопланета демонстрирует, что иногда истощенные атмосферы получают второй шанс.
Gliese 1132b: Планета, на которой образовалась вторая атмосфера.
Gliese 1132 b чем то похожа на Землю. Его радиус лишь немного больше, как и его масса. Даже его возраст — 4,5 миллиарда лет — аналогичен возрасту нашей планеты. Но у этого мира есть одно поразительное отличие, он вращается гораздо ближе к своей родительской звезде-красному карлику, завершая орбиту всего за 1,6 земных дня. Эта близость приводит к тому, что Gliese 1132 b испытывает гораздо более высокую температуру поверхности, чем наша планета при 137 градусов C, с интенсивным излучением, лишающим атмосферу экзопланеты.
Однако недавно астрономы обнаружили, что гравитационное воздействие его звезды — на 20% больше Солнца — создает интенсивные приливные силы, которые сжимают и растягивают планету. Это "изгибание" приводит к бурной вулканической активности и заставляет газы устремляться к поверхности.
По данным НАСА, эти газы создают на планете вторую атмосферу . Хотя это само по себе интересно, поскольку астрономы впервые заметили что-либо подобное, "переросшая" атмосфера из-за своего происхождения также предоставляет астрогеологам уникальную возможность изучить внутренний химический состав экзопланеты.
Kepler-10b: В далекой-далекой галактике…
Kepler-10 b вращается вблизи своей звезды, похожей на Cолнце, на расстоянии, равном одной двадцатой орбиты Меркурия. Это приводит к тому, что орбита меньше земного дня, а температура поверхности выше 1300 градусов по Цельсию.
Поскольку Kepler-10 b, открытая в 2011году телескопом Kepler, приливно — отливно привязана к своей звезде, она также создает расплавленные капли железа и силикатов. Поверхность планеты, вероятно, покрыта лавой гораздо более горячей, чем та, что находится на Земле. Поскольку жесткое излучение от звезды-хозяйки лишило ее атмосферы, эти капли на Кеплере-10 b не упадут на темную сторону планеты, а вместо этого будут сдуты с ее поверхности звездными ветрами, придавая ей огненный хвост.
"Кеплер-10 б" - не единственный лавовый мир, открытый телескопом "Кеплер". В 2013 году космический телескоп также обнаружил экзопланету Kepler-78 b, которая в 40 раз ближе к своей звезде, чем Меркурий к Солнцу. В результате получается похожий на Землю мир, в котором преобладает лава, которую астроном Димитр Сасселов назвал "мерзостью"."
Учитывая их обжигающие поверхности лавы, неудивительно, что эти экзопланеты были сравнены с Мустафаром, планетой во франшизе "Звездных войн", на которой проходит дуэль на световых мечах между Оби-Ваном Кеноби и Энакином Скайуокером.
Эпсилон Андромеды б: Мир огня и льда.
Эпсилон Андромеды б- это еще одна экзопланета, которая, вероятно, приливно-отливно привязана к своей звезде, завершая орбиту чуть менее чем за пять дней. Что делает эту планету, ранее известную как Саффар, экстремальным миром, так это радикальная разница в температуре между ее дневной и ночной сторонами.
В то время как дневная сторона испытывает температуру до 1600 градусов по Цельсию, ночная сторона значительно прохладнее, достигая температуры до минус 20 градусов по Цельсию. Это означает, что прохождение полушария этого мира можно считать равносильным прыжку в вулкан.
Хотя это ни в коем случае не единственный горячий Юпитер, запертый приливами, другие открытые нами планеты, похоже, не имеют таких радикальных различий в температуре между сторонами. Причина, по которой эта экзопланета испытывает такую радикальную разницу в температуре, может быть связана с огромными размерами ее родительской звезды Upsilon Andromedae A или с тем фактом, что звезда обладает горячей точкой почти непосредственно "над головой" этой экзопланеты.
К настоящему времени у вас может сложиться впечатление, что все экзопланеты-это горячие, жестокие миры, которые существуют вблизи своих родительских звезд. Дело в том, что чем ближе орбита планеты приближает ее к звезде, тем легче ее обнаружить. Это означает, что каталог экзопланет переполнен более крупными мирами с узкими орбитами. Однако есть некоторые заметные исключения.
HR 5183 b: Планета хлыста.
HR 5183 b — "Супер-Юпитер" в три раза больше массы самой большой планеты Солнечной системы — уникаленf, так как еt орбита очень эксцентрична, как в прямом, так и в переносном смысле. В то время как большинство планет прослеживают в основном круговую орбиту, этот газовый гигант прослеживает яйцевидную орбиту вокруг своей родительской звезды HR 5183.
Астрономы обнаружили экзопланету по крошечному колебанию, которое ее гравитация вызывает на ее родительской звезде, что, в свою очередь, вызывает падение яркости. Этот процесс занял ошеломляющие 20 лет наблюдений с помощью трех телескопов, включая Гавайскую обсерваторию Кека. Несмотря на этот длительный период наблюдений, нам еще предстоит увидеть, как мир завершит полную орбиту, и исследователи оценивают, что это может занять от 45 до 100 земных лет — вероятно, 74 года.
Если бы HR 5183 b находилась в солнечной системе, она расположиласьбы ближе к Солнцу , чем Юпитер, а затем переместился бы к внешним краям нашей планетной системы, проходя мимо Нептуна. Высокоэксцентрические орбиты, такие как эта, наблюдались и раньше, но к планет, которые гораздо ближе к своим звездам.
Если свободная связь HR 5183 b со своей родительской звездой является чем-то удивительным, некоторые миры пошли еще дальше, отделившись от своих родительских звезд полностью, чтобы бродить по Вселенной в одиночку.
OGLE-2016-BLG-1928: Планета изгой.
Астрономы считают, что Млечный Путьможет кишеть космическими сиротами— экзопланетами, которые вырвались от родительских звезд, чтобы в одиночку бродить по своим галактикам. Считается, что эти планеты формируются традиционными способами вокруг звезд, но позже отбрасываются гравитационными взаимодействиями с другими планетами.
Поскольку экзопланеты обычно обнаруживаются благодаря эффекту, который они оказывают на свои звезды, то бездомные планеты почти невозможно обнаружитьдля. Особенно, когда речь идет о скалистых планетах размером с Землю. Именно это делает открытие странствующей по Млечному Пути экзопланеты OGLE-2016-BLG-1928 таким особенным. Хотя это не первая обнаруженная планета-изгой, она самая маленькая, а другие очень похожи по размеру на Юпитер.
Блуждающий земной мир был обнаружен в конце 2020 года с помощью гравитационного микролинзирования - отклонения и фокусировки света от далекой звезды, когда объект проходит перед ней. Длительность изменения светового профиля этих удаленных источников увеличивается с увеличением массы объекта, находящегося между ними. Возмущение вызванный OGLE-2016-BLG-1928 длился всего 41 минуту, что говорит астрономам о том, что это был самый маленький объект, обнаруженный с помощью этого метода до сих пор. OGLE-2016-BLG-1928 примечателена отсутствием связи с планетной системой, но для других экзопланет именно эта связь создает нечто особенное.
Система ТОИ-178: Система гармонии и хаоса.
На первый взгляд планетная система ТОИ-178 может выглядеть как любая другая совокупность миров. Но более пристальное и продолжительное наблюдение показывает, что по крайней мере пять из шести миров этой системы замкнуты в ритмичном танце друг с другом.
Пять внешних планет существуют в резонансе 18:9:6:4:3. Это означает, что первая экзопланета в цепи — вторая ближайшая к звезде в целом — завершает 18 орбит, то вторая в цепи завершает девять, третья завершает шесть, а четвертая завершает 4, а пятая — шестая планета в целом—завершает три орбиты. Это означает, что планеты выстраиваются через равные промежутки времени, когда они вращаются вокруг своей звезды оранжевого карлика.
Эта сложная цепь резонансов, вероятно, указывает на планетную систему, которая с момента своего образования оставалась невозмущенной гравитационными взаимодействиями или столкновениями с другими системами. Это означает, что система может сыграть решающую роль в изучении того, как формируются и развиваются планетные системы.
Однако там, где мы находим порядок в космосе, часто присутствует и хаос. Композиции планет, составляющих систему ТОИ-178, не демонстрируют той гармонии, которую демонстрирует их движение. Рядом с плотным земным миром, похожим на Землю, находится "раздутая" планета низкой плотности, за которой следует экзопланета с плотностью, подобной плотности Нептуна.
55 Cancri e: Самая ценная экзопланета во Вселенной.
Другая звезда, которая вращается близко к своим звездам, менее чем за18 часов, 55 Cancri e очень горяча-температура достигает 2300 градусов по Цельсию. Но что действительно отличает этот мир, так это его состав, который делает экзопланету , официально известную как Янссен, возможно, самым ценным объектом во Вселенной.
Тот факт, что 55 Cancri e в два раза больше Земли, но имеет почти в 9 раз большую массу, побудил астрономов предположить, что эта Суперземля может состоять из углерода под высоким давлением в виде графита и алмаза, смешанного с некоторыми железными и другими элементами.
Оценочная стоимость 55 Cancri e сставляет в 384 квадриллиона раз больше, чем весь валовой внутренний продукт Земли (ВВП). Некоторые астрофизики предполагают, что такие алмазные миры могут образовываться довольно регулярно, когда протопланетные пылевые облака, содержащие большое количество углерода, коллапсируют, образуя планеты.
Идея о том, что 55 Cancri e состоит из алмаза, подвергалась сомнению с тех пор, как экзопланета была впервые обнаружена в 2004 году, переходя в немилость и выходя из нее, доказывая, что алмазы не могут быть вечными. Тем не менее, несмотря на все эти экстремальные миры, самые необычные экзопланеты все еще могут быть не открыты, и они могут существовать в системах, подобных которым мы никогда раньше не сталкивались.
Бланеты: экстремальные экзопланеты черных дыр.
Самые экстремальные экзопланеты могут вообще не образовываться вокруг звезд, а вместо этого могут вращаться вокруг сверхмассивных черных дыр. Планеты образуются в результате гравитационного коллапса сверхплотных областей протопланетных облаков газа из пыли, а сверхмассивные черные дыры в центре активных ядер галактик (АЯГ), в центре массивных вспенивающихся дисков из таких материалов.
В настоящее время нет никаких доказательств того, что такие планеты, вращающиеся вокруг черных дыр,-или "бланеты"-действительно существуют, но недавние исследования, моделирующие динамику этих дисков газа и пыли, предполагают, что при определенных условиях в таких областях должно происходить образование планет. Если бы такие процессы происходили, бланеты образовались бы гораздо дальше отсвермассивных черных дыр, чем большинство планет от их родительской звезды. Так далеко, что на завершение орбиты такого мира может уйти миллион лет!
Излучение от АЯГ могло бы помочь обеспечить постоянный запас свежего материала для образования бланетов, в результате чего могло бы произойти образование беглецов, то есть бланеты могли бы достигать размеров гораздо более титанических, чем "обычные" экзопланеты. Бланеты с меньшей вероятностью будут иметь другие сходства с Землей или Юпитером, то есть целые новые классы астрономических объектов за пределами газовых гигантов и земных миров для исследования.
С ближайшим АГН, существующим за пределами текущих исследований экзопланет, открытие бланетов, возможно, придется подождать. До тех пор астрономия будет обеспечивать кавалькаду открытий экзопланет, которые бросают вызов нашему растущему пониманию Вселенной и переопределяют наше место в ней.
Эта статья была адаптирована из предыдущей версии, опубликованной в журнале All About Space Magazine, издании Future Ltd.