Когда астрономы впервые начали обнаруживать экзопланеты — миры за пределами Солнечной системы — ожидалось, что большинство из них будут напоминать знакомые нам планеты: компактные каменистые тела или газовые гиганты с более-менее предсказуемыми размерами. Однако реальность оказалась куда более экзотичной. Среди тысяч открытых экзопланет обнаружился целый класс объектов, которые выглядят буквально «раздутыми», словно перегретые воздушные шары. Их радиусы значительно превышают ожидаемые, а плотность иногда настолько мала, что такие планеты могли бы плавать в гипотетическом космическом океане.
Почему же некоторые экзопланеты приобретают такие аномальные размеры?
Что значит «раздутая» экзопланета
В астрономии под «раздутыми» обычно понимают газовые экзопланеты, прежде всего горячие юпитеры, чей радиус заметно больше теоретически предсказанного для их массы и возраста. Например, планета может иметь массу, сопоставимую с Юпитером, но радиус в 1,5–2 раза больше. Это означает крайне низкую среднюю плотность и необычное внутреннее строение.
Такие планеты чаще всего находятся очень близко к своим звёздам — иногда в десятки раз ближе, чем Меркурий к Солнцу.
Главный фактор: экстремальный нагрев от звезды
Наиболее очевидная причина «раздутия» — интенсивное излучение родительской звезды. Горячие юпитеры получают колоссальное количество энергии, особенно в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. Эта энергия нагревает верхние слои атмосферы, заставляя газ расширяться.
Важно понимать, что атмосфера газового гиганта — это не чёткая граница, а протяжённая оболочка. При сильном нагреве она становится более «пухлой», увеличивая наблюдаемый радиус планеты. В некоторых случаях атмосфера настолько разрежена и протяжённа, что часть газа буквально утекает в космос, формируя длинные хвосты, подобные кометным.
Внутренние источники тепла
Однако одного лишь звездного излучения недостаточно, чтобы объяснить все наблюдаемые случаи. Многие раздутые экзопланеты остаются слишком большими даже по самым смелым моделям нагрева. Поэтому учёные предполагают наличие дополнительных внутренних источников энергии.
Один из ключевых механизмов — приливный разогрев. Если орбита планеты слегка вытянута или её ось вращения нестабильна, гравитация звезды постоянно «сминает» планету. Это вызывает внутреннее трение и выделение тепла, подобно тому, как спутник Юпитера Ио нагревается за счёт приливных сил.
Также обсуждаются процессы перераспределения энергии: часть тепла, получаемого в верхних слоях атмосферы, может переноситься глубже внутрь планеты, замедляя её охлаждение и сжатие.
Замедленное охлаждение и «планетарная молодость»
Размер газового гиганта со временем уменьшается: планета постепенно остывает и сжимается под действием собственной гравитации. Однако у некоторых экзопланет этот процесс идёт значительно медленнее.
Причиной может быть высокая непрозрачность атмосферы. Если в ней много тяжёлых элементов, облаков или аэрозолей, тепло хуже уходит в космос. В результате планета дольше сохраняет «молодое», расширенное состояние, даже если её возраст составляет миллиарды лет.
Роль магнитных и электрических эффектов
Современные модели также учитывают более экзотические механизмы. Например, сильные ветры в ионизированной атмосфере, движущиеся сквозь магнитное поле планеты, могут генерировать электрические токи. Эти токи, в свою очередь, выделяют тепло в глубинных слоях — процесс, известный как омический нагрев.
Хотя этот механизм всё ещё активно обсуждается, он хорошо объясняет связь между интенсивным звездным излучением и степенью «раздутия».
Что говорят раздутые экзопланеты о Вселенной
Изучение таких планет важно не только ради экзотики. Они ставят под сомнение классические модели формирования и эволюции планет, разработанные на основе Солнечной системы. Раздутые экзопланеты показывают, насколько разнообразными могут быть планетарные миры и как сильно окружающая среда влияет на их судьбу.
Кроме того, они служат естественными лабораториями для изучения физики атмосфер, теплопереноса и взаимодействия планет со звёздным излучением — процессов, которые невозможно воспроизвести в земных условиях.
Взгляд в будущее
С запуском новых телескопов, таких как James Webb Space Telescope и будущие космические обсерватории, учёные смогут изучать атмосферы раздутых экзопланет с беспрецедентной точностью. Это позволит понять, какие именно механизмы доминируют и почему одни планеты «раздуваются», а другие — нет.
Раздутые экзопланеты напоминают нам, что Вселенная не обязана следовать нашим ожиданиям. Напротив, она снова и снова демонстрирует, что даже хорошо знакомые объекты — такие как планеты — могут принимать формы, выходящие далеко за пределы привычного.