Первой открытой планетой за пределами Солнечной системы оказался «горячий» Юпитер - газовый гигант, обращающийся на очень короткой дистанции от звезды. С того момента астрофизики поняли, что расположение и состав планет в звездных системах, отстоящих от нас на световые года, могут быть совершенно иными, чем в привычной нам Солнечной системе. Усовершенствовав свои методы обнаружения, ученые вскоре обнаружили планеты, которые до того существовали лишь на страницах романов писателей-фантастов. Давайте на них взглянем.
Куда слетать с девушкой
Экзопланеты находят по двум параметрам (более подробно - в статье про «горячий» Юпитер) - колебаниям звезды и уменьшению светимости при прохождении планеты перед светилом. Из полученных данных, а также данных о звездной системе в целом, астрофизики делают выводы о составе планеты и ее атмосфере. Интересной находкой в 2004 году стала планета, получившая название «55 Рака е», поскольку она была обнаружена рядом с 55 звездой в созвездии Рака.
Планета оказалась так называемой «суперземлей». Ученые дали такое название классу планет, которые по размерам больше Земли, однако меньше газовых гигантов, вроде Юпитера и Сатурна. Их размер варьируется в диапазоне от 1.25 до 4 радиусов Земли. Термин «суперземля» относится именно к размеру, но ничего не говорит ни о составе, ни об атмосфере. Так, одну планету кто-то назовет «суперземлей», а кто-то - «мини-Нептуном», потому что выяснится, что атмосфера состоит в основном из метана. Возвращаясь к 55 Рака е, выяснилось, что масса планеты в 8 раз больше массы Земли, а радиус в 2.2 раза больше нашего.
Через массу и радиус вычислили плотность - она составила 4 грамма на кубический сантиметр. Ученые были в недоумении - планеты такого радиуса обычно являются газовыми мирами, вроде упомянутого выше мини-Нептуна. Однако значение плотности оказалось слишком велико (для мини-Нептуна с массой в 8 Земель оно не превышало бы 1.3 грамма на кубический сантиметр). Средняя плотность Земли - 5.5 граммов на кубический сантиметр. Если увеличить ее массу в 8 раз, мы получим еще большее значение - 8.5. Что же это за очень плотная планета такая?
Ответ кроется в составе звезды 55 Рака, вокруг которого обращается планета. Звезды состоят преимущественно из водорода и его производной в процессе внутризвездного синтеза - гелия. Но есть там и другие элементы, в том числе углерод и кислород. Например, в составе нашего Солнца углерода вдвое меньше, чем кислорода. Однако состав 55 Рака иной, и углерод там как раз преобладает. Почему так важен состав звезды? Потому что сама звезда формировалась из протопланетного диска, и тот же материал «пошел» на создание планет. Иными словами, если в звезде больше углерода, чем остальных элементов, то его больше и в составе окружающих планет.
Следуя этой логике, можно сделать вывод, что углерод в протопланетном диске, из которого произошла планета 55 Рака e, пошел на формирование ядра. Кора такой планеты наверняка будет состоять из графита, который более привычен нам в форме стержней для карандашей. Продвигаясь глубже, мы столкнемся с мантией из алмаза, поскольку углерод при высоком давлении превращается именно в этот минерал. На нашей Земле мы тоже находим алмазы внутри коры, но их количество будет несравнимо с тем, что потенциально ждет нас на 55 Рака е.
Если расчеты астрофизиков верны, вся мантия будет представлять собой алмазы. Добраться до них, впрочем, будет трудно. Графит на поверхности из-за темного цвета будет сильно нагреваться, а учитывая, что планета и так обращается близко к звезде, температура на ее поверхности должна быть колоссальной. Удержать любую жидкость она не сможет, так что воды на ней ждать не стоит. Производителям бриллиантов остается только кусать локти, смотря на алмазного гиганта.
Там, где никогда не заходит солнце (и не всходит тоже)
Один из самых запоминающихся научно-фантастических рассказов - это «Приход ночи» Айзека Азимова. Он повествует о планете, которая обращается вокруг шести солнц и где никогда не было наступления ночи. Точнее, его не было при жизни текущего поколения - по ходу рассказа выясняется, что цивилизация вымирает каждые 2049 лет, когда случается затмение. Не привыкшие к такому явлению люди сходят с ума, ведь они впервые видят звездное небо.
Но что насчет планет, на которых ночь не наступит никогда? На которых одна половина постоянно обращена к светилу, тогда как другая находится всегда в тени? Астрофизики нашли и такие планеты, среди которых выделяется одна под названием CoRot-7 b (названа в честь открывшего ее телескопа). Данная планета находится от нас на расстоянии 489 световых лет в созвездии Единорога. Она обращается вокруг своей звезды за 20 часов на расстоянии около 4% дистанции от Меркурия до Солнца.
Плотность планеты оказалась приблизительно 6 грамм на кубический сантиметр, что очень схоже с плотностью Земли. Можно с уверенностью сказать, что данная планета не состоит из газа, а имеет твердую оболочку. Впрочем, средняя температура не ее поверхности составляет 2000 °С, так что жизни на ней ожидать не стоит. С поверхности планеты тамошняя звезда в небе по размерам была бы в 300 раз больше нашего Солнца. Но высадиться вряд ли удастся, так как поверхность планеты будет представлять собой поток расплавленной лавы. Однако это еще не все. Будучи так близко расположенной к своей звезде, CoRot-7 b находится с той в приливном захвате. То есть, планета всегда обращена к светилу одной стороной. Подобная ситуация характерна для спутников планет: так, наша Луна находится в приливном захвате с Землей и всегда обращена к нам одной стороной.
Приливный захват происходит, когда гравитация звезды (или другого небесного тела) деформирует планету (или спутник). Под действием мощного притяжения звезды, планета принимает вытянутую форму яйца. При вращении ближайший к звезде край «яйца» всегда будет притягиваться в ее сторону. В итоге со стороны звезды видно будет только одно «лицо» планеты.
Планеты типа CoRot-7 b являют собой пример эдакого космического двуликого Януса. С одной стороны - бесконечный день, с другой - бесконечная ночь. Смениться они могут для наблюдателя только, если он сам физически переместится по поверхности планеты. Причем мы говорим о колоссальной разнице температур между двумя половинами. Так, на CoRot-7 b дневная сторона должна нагреваться до 2300 °С, тогда как ночная - охлаждаться до -220 °С. В таких условиях дневная сторона должна буквально кипеть океанами лавы. Твердые породы превращаются там в газ и испаряются в атмосферу. Охлаждаясь, газ из камней градом булыжников осыпается на поверхность планеты. Весьма интересно, как выглядела бы граница между двумя половинами подобного мира? Вполне возможно, температура там была бы подходящего значения для зарождения жизни. Почитать фантастическую историю о такой планете было бы весьма интересно.
Загадка белого гиганта
Напоследок рассмотрим Глизе 436 b - планету в 33 световых годах от нас в созвездии Льва. Интерес к ней в том, что она превышает массой Нептун на 30%, тогда как радиус ее примерно тот же, что и у восьмой планеты Солнечной системы. Планета обращается по короткой орбите вокруг звезды за 2.5 земных суток. Атмосфера слишком плотная для газового гиганта, но недостаточно плотная для планеты из камня. Тогда из чего же она состоит?
Первоначально думали, что это горячий лед. Подождите смеяться - при высоком давлении, которое обеспечивает масса планеты, могут образовываться такие формы льда, которые не тают даже при температуре свыше 300 °С. Либо же поверхность должна состоять из слоя воды в сверхкритическом состоянии - нечто среднее между жидкой водой и паром.
Впрочем, обновленные данные о планете показали, что размер ее еще больше, чем сначала было измерено. Так что, это все-таки аналог Нептуна? Нет, поскольку метана в атмосфере обнаружили очень мало (атмосфера Нептуна состоит по большей части из метана). Метан - производная водорода, который входит в состав всех известных нам газовых гигантов. Более того, водород составляет большую часть протопланетного диска, из которого и формируется звездная система. Если его нет, то что же за газ «надул» такую большую планету?
Оказалось, что гелий. Водород в атмосфере тоже был, но его весь «высосала» звезда, вокруг которой вращается Глизе 436 b. Причем процесс этот должен был длиться долгое время - около 10 млрд лет (в 2 раза больше возраста Солнечной системы), а потому подобные планеты являются очень старыми. Таким образом, из-за преобладающего в атмосфере гелия данная планета должна быть полностью белого цвета - весьма необычный экспонат в нашей коллекции экзопланет.
***
Если вам понравилась статья, вы можете поставить отметку «нравится». Если есть с чем поспорить, пишите в комментарии - мне интересно альтернативное мнение. Также вы можете подписаться на канал. Я пишу материалы о науке, истории и психологии.