Заглянуть в другие планетные системы ученым удалось совсем недавно. Вплоть до конца XX столетия астрономы предполагали, что планетные системы других звезд похожи на нашу, Солнечную, систему: есть небольшие планеты с твердой поверхностью, которые вращаются относительно недалеко от светила, есть и газовые гиганты, расположенные дальше; планеты совершают свою путь примерно по таким же орбитам, как в нашей системе, их тоже несколько – порядка 5-8, а может, у иных звезд их больше десятка – и так далее.
Как минимум считалось, что подобных планетарных систем полным-полно.
Но когда космические телескопы Земли смогли «заглянуть» в далекие от нас миры, всё оказалось совсем не так. До сих пор среди более 3000 обнаруженных учеными планетных систем только одна более-менее похожа на нашу Солнечную, и та – значительно меньше по своим размерам, и еще одна, которая, как проанализировали ученые, формируется также, как Солнечная
Другие же планетные системы не просто не похожи – они очень отличаются от нашей по многим параметрам. Получается, что пока среди всех обнаруженных на сегодня планетных систем - Солнечная система выглядит уникальной.
Чем же она так отличается от остальных, известных ученым?
Начнем со звезды – Солнца.
Наше светило, конечно, не уникально, но оно по звездной классификации относится классу G2 – желтый карлик, и таких звезд в известной Вселенной – всего 7,5%. Большинство звезд относятся к классу М – красным карликам, их - 76,4%.
При этом одиночных звезд – также меньшинство. Половина всех изученных на сегодня звезд вращаются в бинарных системах:
Немало звездных систем содержат и целых три звезды. Например, Глизе 667 - две звезды в ней (А и В) разделены между собой расстоянием всего 12,6 а.е. и движутся по вытянутой эллиптической орбите. Третий компонент С - обращается вокруг центральной пары на расстоянии 230 а.е.
Система Глизе 667 включает в себя три экзопланеты. Если б нам удалось переместиться на поверхность одной из них, мы бы увидели необыкновенное небо не с одним, а с тремя светилами:
А некоторые звездные системы содержат по три и более звезд. Ню Скорпиона, например – это система из семи (!) звезд:
С Земли мы видим Ню Скорпиона одной звездочкой:
Целых восемь планет
Среди открытых учеными 3224-х планетных систем только 714 имеют более одной планеты. И в этих 714-ти системах в основном по 2-4 планеты. В редких случаях их бывает 5 или 6.
Расстояния
Наибольшее количество найденных экзопланет находятся от своей звезды на расстоянии от 6 до 30 млн км. Для сравнения – среднее расстояние от Солнца до Земли - 150 млн км, до Меркурия - 58 млн км, а Нептун кружится на расстоянии целых 4,5 млрд км!
Все известные ученым другие планетарные системы значительно меньше по своим размерам. Даже те, которые содержат целых 7 планет. Планеты обращаются вокруг своих звезд на гораздо более близких расстояниях, которые нередко составляют всего несколько земных дней.
В 2016-2017 г.г. обнаружен тусклый красный карлик TRAPPIST-1 в созвездии Водолея, на расстоянии 39,5 световых лет от нас. В его систему входит 7 планет, сравнительно прохладных, по размеру – сопоставимых с Землей. Все они теснятся на очень маленьком расстоянии от звезды: их орбиты поместились бы между Солнцем и Меркурием:
Планеты системы TRAPPIST-1 находятся так близко друг к другу, что, окажись мы на поверхности одной из них, мы бы очень отчетливо, невооруженным глазом могли бы наблюдать соседние планеты, сразу несколько. А светило на небе было бы огромным и красным:
Поскольку TRAPPIST-1 куда холоднее Солнца, на этих планетах, несмотря на их близость к звезде, совсем не жарко. Астрономы полагают, что это - планеты-океаны, три из которых определенно находятся в зоне обитаемости, а две из них могут содержать жидкую воду и приемлемые для жизни условия. Лишь на самой близкой к светилу планете, вероятно, очень жарко, а самая далекая - скорее всего, покрыта ледяным панцирем.
Еще пример: Проксима центавра b находится от своей звезды – Проксимы Центавра – всего в 7,5 млн км, совершая полный оборот за 11,2 земных дней. Проксима с находится в 200 млн км от звезды – лишь немного дальше Земли. А система звезды Глизе 667, на планетах которой ученые тоже подозревают условия, пригодные для жизни, выглядит по сравнению с Солнечной вот так:
Пока что не удалось обнаружить планетную систему, которая по размерам была бы хотя бы близкой к Солнечной. Наша система просто невероятно огромна по сравнению с остальными.
Но опять же – не забываем, что большинство звезд – это красные карлики, масса которых меньше солнечной в несколько раз, и они просто неспособны удерживать вокруг себя планеты на огромных расстояниях.
А горячие голубые звезды имеют слишком маленький срок жизни – всего в несколько миллионов лет. Этого времени недостаточно для формирования экзопланет, тем более – для эволюции и возникновения жизни на этих планетах.
Почти круговые орбиты
Известно, что планеты движутся вокруг своих светил по эллиптическим орбитам, в одном из фокусов эллипса находится звезда. Степень вытянутости эллипса называется эксцентриситетом - чем эта величина больше, чем более вытянут путь планеты вокруг своей звезды.
В наше солнечной системе орбиты всех планет имеют очень маленький эксцентриситет и мало отличаются от круговых. Эксцентриситет Земли - всего 0,167. Самым высоким показателем вытянутости своей орбиты обладает Меркурий - 0,2, а у Венеры и Нептуна он наиболее низкий - 0,068 и 0,112 соответственно. Эксцентриситет планет лишь незначительно изменяется в течение сотен тысяч лет - из-за их гравитационного воздействия.
Вот примерное изображение и сравнение орбит планет нашей Солнечной системы:
Очень важная вещь: орбиты планет нашей системы не пересекаются.
В системах с немного численными планетами (а таких большинство - из известных астрономам) взаимного притяжения не хватает, чтобы "округлить" орбиту, и они часто вращаются по заметно вытянутому эллипсу, который иногда просто безумно растянут вокруг звезды (как в нашей системе вращаются кометы). Такие орбиты - пересекаются, а, значит, кратно вырастает опасность столкновения планет.
Но есть и другой аспект: вытянутость орбиты серьезно влияет на климат планеты. Каким образом? Рассмотрим это на примере Земли.
Если бы путь нашей Земли был бы вытянутым эллипсом, её климат изменился бы до полной неузнаваемости.
Вообразим, что орбита нашей планеты стала похожей на куриное яйцо: её эксцентриситет равняется 0,5, т.е. Солнце делит большую полуось пополам:
В этом случае Земля зимой находилась бы к Солнцу втрое ближе, чем летом, и количество получаемого от него тепла увеличилось бы в 9 раз (обратно пропорционально квадрату расстояния). От нашей северной зимы просто не осталось бы ничего: да, дни были бы по-прежнему короткими, а ночи - долгими, и Солнце низко поднималось бы над горизонтом, но холода бы исчезли, т.к. бОльшая близость Солнца с избытком покрыла бы невыгодные условия освещения.
Летом же Земля была бы втрое дальше от Солнца, чем зимой. И такое далекое светило уже не смогло бы нас согреть: зима и лето в северном полушарии поменялись бы местами.
Кроме того, закон Кеплера говорит нам, что части площади эллипса, описываемые планетой в равные промежутки времени, равны между собой.
То есть , когда в северном полушарии была бы зима, Земля двигалась бы по орбите намного быстрее, а холодное, ставшее зимой лето - у нас длилось бы очень долго.
В южном полушарии климатические условия стали бы совсем экстремальными: ведь для южного полушария летом высокое стояние Солнца и длинные дни совпали бы с 9-кратным усилением теплового потока, а зимой - короткие дни и низкое Солнце - с 9-кратным оскудением тепла. Зима в южном полушарии была бы куда суровее, чем сейчас, а лето - столь знойное, что какая-либо жизнь (во всяком случае, знакомая нам) стала бы там невозможной.
Почти круговая орбита нашей планеты обеспечивает относительно небольшие перепады температур на планете.
Расположение планет
В Солнечной системе два типа планет. Первый тип – это так называемая «земная группа» – планеты с твердой поверхностью, которые находятся ближе к Солнцу. Второй тип – газовые гиганты, внешние планеты, расположенные дальше. Внутренние и внешние тела разделяет пояс астероидов:
Благодаря этому кольцу космических камней и круговым орбитам планет, внешние гиганты не вызывают возмущений в движении планет земной группы. С другой стороны, планеты-гиганты, прежде всего – Юпитер и Сатурн, – служат своего рода «защитниками» внутренних планет от падений астероидов.
Благодаря Юпитеру и Сатурну, их гравитации, до нас долетает куда меньше комет и астероидов, чем их было бы, не будь этих защитников-гигантов. Земля пережила несколько глобальных вымираний перед тем, как появился человек, и как минимум одно из таких вымираний спровоцировало падение астероида. Не будь Юпитера с Сатурном поодаль от Солнца, наша цивилизация могла не появиться вовсе.
В других системах планеты, как правило, расположены иначе: ближе всего к звезде располагаются именно газовые гиганты. Космический телескоп «Кеплер» обнаружил множество «горячих Юпитеров» – газовых гигантов, которые вращаются вокруг своих звезд так близко, что их «год» длится всего несколько земных дней.
Как же произошло, что в нашей системе всё наоборот и газовые гиганты расположены дальше каменистых планет?
Раньше астрономы считали, что планеты Солнечной системы сформировались на своих нынешних орбитах. Вблизи горячих молодых звезд «строительные материалы» – это силикаты и металлы – соответственно, из них формируются небольшие планеты с твердой поверхностью.
Вдали же от звезд, где есть газ и лед – рождались газовые и ледяные небесные тела.
Но когда телескоп «Кеплер» заглянул в другие планетные системы, то там обнаружились газовые гиганты очень близко от звезд. Однако там температуры слишком высоки для возникновения газовых планет – как же они тогда появились?
Планетолог штата Колорадо Кевин Болш считает, что такие «горячие Юпитеры», вероятно, сформировались дальше от звезд, а затем мигрировали ближе к ним.
Нечто подобное произошло и с Юпитером, только он совершил зигзагообразное путешествие – сначала он приближался к Солнцу, а затем стал удаляться от него.
По мере вращения Юпитера вокруг Солнца газ с внешней стороны орбиты подталкивал его ближе к светилу. Позже сформировался Сатурн, Уран – это привело к возмущению газов и центростремительное движение Юпитера прекратилось на расстоянии около 1,5 а.е. от Солнца. Там на него продолжили оказывать давление газы с внутренней стороны орбиты, отталкивая дальше от Солнца. Поскольку с внешней стороны давить на планету было уже нечему, она отошла на свое нынешнее место в 5,2 а.е. от нашей звезды.
Гипотеза сформирована с помощью компьютерного моделирования и объясняет многие ранее непонятные вопросы. Например – почему Марс меньше Земли? В предыдущих моделях выходило, что Красная Планета должна быть крупнее, чем в действительности. Однако Юпитер во время своего лавирования оттянул у Марса часть газа и материи и не дал ему разрастись.
Компьютерная симуляция такого перемещения газового гиганта также предполагает и возникновение пояса астероидов, а также – отсутствие планет внутри орбиты Меркурия. Юпитер, кружась вблизи Солнца через несколько миллионов лет после начала формирования Солнечной системы, расталкивал и крушил всё на своем пути, и некоторые начавшие формирование планеты – т.н. планетезимали – он обрушивал прямо в горнило Солнца, не оставив им шанса на выживание.
Вот почему первая планета нашей системы – Меркурий – вращается так далеко от светила по равнению с другими планетными системами.
Самый редкий тип планетной системы
Недавние исследования, проведенные Национальным центром компетенции в области исследований PlanetS совместно с университетами Берна и Женевы, показали, что на самом деле существует четыре основных класса планетных систем. И наша Солнечная система принадлежит к самому редкому из них.
Вот эти четыре архитектуры планетных систем:
- "Похожая", если планетарная система содержит соседние планеты с одинаковой массой.
- "Смешанная", если массы сильно различаются у разных тел.
- "Антиупорядоченная", если масса планет уменьшается с расстоянием от звезды.
- "Упорядоченная", если при противодействии масса имеет тенденцию увеличиваться с расстоянием от звезды-хозяина, как в нашей Солнечной системе. Именно этот тип и является самым редким из известных планетных систем.
Следует сказать, что анти-упорядоченные системы, подобные нашей, современным телескопам обнаружить труднее всего. Возможно, в будущем окажется, что таких систем не так уж и мало.
Системы, похожие на Солнечную
В 2500 световых годах от Земли, в созвездии Лебедя учеными открыта (с помощью телескопа Кеплер) система KOI-351, которая является практически копией нашей солнечной системы, только меньших размеров.
Она включает 7 экзопланет, вращающихся вокруг звезды. При этом маленькие каменистые планеты расположены ближе к материнской звезде, а газовые гиганты находятся дальше.
Три из семи планет KOI-351 были обнаружены в 2013-м году, период обращения которых составил 59, 210 и 331 день - что очень близко к периодам Меркурия, Венеры и Земли. Но это - не планеты земной группы и не ближайшие к звезде. Это - внешние планеты, газовые.
Впоследствии - проанализировали кривую блеска звезды с помощью алгоритма DST и нашли в этой системе еще 4 небольшие планеты на более тесных орбитах. Таким образом, число планет в системе Kepler-90 (звезда системы KOI-351, которая несколько ярче и горячее Солнца) достигло семи, что уже сравнимо с количеством классических (не карликовых) планет в Солнечной системе.
Строение системы KOI-351
Ближайшие планеты к звезде - это Kepler-90 b и Kepler-90 с с периодами 7.008 и 8.719 земных суток и радиусами 1.3 и 1.2 радиусов Земли, удаленные от светила на 0.074 и 0.089 а.е. Несмотря на крайнюю близость орбит, движение планет - динамически устойчиво.
Далее находятся планеты Kepler-90 d , Kepler-90 e и Kepler-90 f. Это три небольших нептуна с периодами 59.737, 91.939 и 124.914 земных суток (т.е. близких к резонансу 4:3:2), с радиусами 2.87, 2.66 и 2.88 радиусов Земли, удаленные от своей звезды на 0.32, 0.42 и 0.48 а.е.
Наконец, внешние планеты KOI-351 - это планеты-гиганты Kepler-90 g и Kepler-90 h. Их орбитальные периоды – 210.607 и 331.601 земных суток, уточненные радиусы – 8.1 и 11.3 радиусов Земли, расстояние от родительской звезды – 0.71 и 1.01 а.е. Обе планеты должны сильно возмущать движение друг друга.
В количестве дней орбитального периода расположение планет KOI-351 выглядит так:
В 2012 году Джоном Тобином с помощью телескопов Gemini в Чили бла обнаружена протозвезда получившая название L1527 (Roberta J. L1527). На данный момент она окружена облаком пыли с высоким содержанием углерода. Ядерные реакции в середине объекта еще не начались, так как температура не достигла критической отметки. Когда это произойдет, начнется процесс формирования полноценной звезды. Астрономы подсчитали, что находка по объему в семь раз больше по сравнению с Солнцем, но при этом ее масса составляет всего 19 процентов от массы единственной звезды нашей солнечной системы.
«Это самая молодая протозвезда из всех, что мы видели, и она как две капли воды похожа на Солнце в период ее раннего развития» -
говорят астрономы.
По мнению ученых, через некоторое время тут появится полноценная солнечная система, в которой будет насчитываться как минимум около десятка планет.
Но в данный момент у звезды L1527 еще нет планетной системы. Единственная из открытых на сегодня планетных систем, которая уже сформировалась - это KOI-351.
Благоприятные условия для развития жизни
Подводя итог вышесказанному, получаем, что Земля оказалась в очень благоприятных условиях для развития жизни: газовые гиганты своим притяжением не дают большинству комет и астероидов долетать до нашего мира, почти круговые орбиты планет не дают их путям пересекаться – и миллиарды лет Земля не знает крупных катастроф, за исключением астероида, погубившего динозавров. При этих условиях наша планета хоть и переживает несколько глобальных вымираний, но эволюция всё же добирается до появления сложных форм жизни и человека. Свою важную роль здесь сыграла и Луна.
Роль Луны
Наш естественный спутник оказывает стабилизирующее действие: благодаря Луне наклон земной оси – а, значит, и климат планеты – длительное время сохраняется в стабильном состоянии, что дало возможность живым организмам приспособиться и развиваться. Если бы не притяжение Луны, Земля за миллионы лет могла бы намного изменить угол наклона своей оси – возможно, на целых 85 градусов. Климат планеты постоянно менялся бы, доходя до экстремально низких и высоких температур – в таких условиях эволюция остановилась бы, так и не дойдя до появления сложных организмов.
Столь благотворное действие Луны стало возможным благодаря её размерам относительно Земли: поперечник нашего спутника составляет более четверти земного, тогда как большинство других спутников в солнечной системе имеют ничтожно малые размеры по сравнению с планетами, вокруг которых они вращаются.
Конечно, спутники планет в других звездных мирах телескопы пока не обнаружили – для этого нужны более совершенные технологии. О том, насколько уникальна система Земля-Луна, можно будет судить только в будущем.
Поиск только начинается
Ученые считают, что и об уникальности нашей Солнечной системы тоже судить рано. Из известных нам на сегодня систем – да, она уникальна. Бесспорно также и то, что очень многие другие системы оказались совершенно непохожими на Солнечную.
Но нельзя забывать, что только в нашей галактике Млечный Путь – сотни миллиардов звезд, а поиск экзопланет только начинается. Пока что планеты с диаметром меньше земного пока еще часто находятся вне пределов чувствительности телескопов, а поиск крупных планет, схожих с газовыми гигантами, подобными Юпитеру – требует длительных наблюдений.
Сейчас самым актуальным является метод транзитной фотометрии. Суть его заключается в фиксировании падения яркости звезды, когда экзопланета проходит между ней и телескопом
Но орбиты многих экзопланет отдалены от своих светил и очень велики. Возможно, через несколько десятилетий нам откроется, что некоторые планетные системы больше, чем предполагалось – у звезд будут найдены новые, более отдаленные, планеты.
Наша система отличается от известных нам других прежде всего тем, что в ней созданы очень благоприятные условия для развития жизни в зоне обитаемости вообще и на Земле – в частности. Юпитер и Сатурн своей гравитацией защищают внутренние планеты от бомбардировок астероидами и кометами, Луна обеспечивает постоянный наклон земной оси и стабильный климат нашей планеты в течение миллиардов лет, избегая значительных изменений и перехода к экстремальным температурам – благодаря такой стабильности стала возможной длительная эволюция, которая привела к появлению человека.
Насколько распространена жизнь во Вселенной - ответит будущее.
Ставьте лайк, если понравилась статья. Подписывайтесь на канал - будет еще много интересного!
