О том, что науке известно об экзопланетах рассказывает преподаватель астрономии, математик 1-й категории кафедры «Математическое моделирование систем и процессов» ПНИПУ, заместитель директора Политехнической школы ПНИПУ Евгений Бурмистров.
Экзопланеты (от др.-греч. «вне», «снаружи») — планеты за пределами Солнечной системы. Астрономам известно более 5500 экзопланет, и их число увеличивается почти каждую неделю. Несмотря на столь высокую частоту открытий, увидеть эти миры напрямую почти невозможно из‑за огромной удаленности от Земли. Поэтому ученые прибегают к косвенным методам исследования:
- Транзитный метод. Когда планета проходит на фоне звезды, яркость светила падает. По степени ослабления света определяют размер небесного тела и параметры орбиты.
- Метод радиальных скоростей. По мельчайшим изменениям спектра света из‑за смещения звезды вычисляют массу объекта, а сопоставив ее с размером самой планеты — рассчитывают плотность и делают выводы о составе небесного тела.
- Гравитационное микролинзирование. Если на пути света от далекой звезды оказывается массивный объект, его гравитация действует как линза, искривляя лучи и временно усиливая яркость. Метод позволяет находить экзопланеты на огромных расстояниях.
- Прямое наблюдение ученые применяют редко — только для крупных планет вдали от своей звезды.
Горизонтальный дождь из стекла
HD 189733 b — газовый гигант, напоминающий по составу Юпитер (преобладают водород и гелий), но с экстремальными условиями: температура атмосферы достигает 1000 °C, а ветры разгоняются до 8000 км/ч.
Насыщенно‑синий цвет планеты возникает из‑за рассеяния света на микрочастицах силикатов в атмосфере — подобно земному небу, но в экстремальных условиях. Из‑за высокой температуры силикаты (основа стекла) испаряются, затем конденсируются и под действием мощных ветров выпадают в виде «стеклянного дождя» — почти горизонтально, а не вертикально.
Планета, поглощаемая звездой
WASP‑12b — «горячий юпитер». Планета вращается настолько близко к своей звезде, что один оборот занимает чуть больше суток, а температура на поверхности превышает 2500 °C. Мощное излучение родительской звезды заставляет атмосферу WASP‑12b раздуваться и «срываться» в космос: высвобождаемое вещество образует светящееся облако вокруг этой звезды. По оценкам астрономов, планета постепенно разрушается и через миллионы лет может полностью исчезнуть.
Мир железных дождей
WASP‑76b — раскаленный газовый гигант, по составу ближе к звезде, чем к планетам. В атмосфере найдены натрий, калий, литий, магний, кальций, марганец, хром, барий, никель, железо и даже оксид ванадия — он нагревает верхние слои атмосферы. На дневной стороне (2400–2500 °C) металлы испаряются, а ветер переносит пары железа на ночную сторону, где они конденсируются и выпадают железными дождями.
Планета с двумя светилами
Kepler‑16b — первая экзопланета, вращающаяся вокруг двойной звезды, прозванная «реальным Татуином» из «Звездных войн». Это газовый гигант с плотностью выше, чем у Сатурна: половина массы — ядро из горных пород и льда, остальное — водородно‑гелиевая атмосфера. Температура поверхности — от −70 до −100 °C.
Открытие данного небесного тела опровергло представления о невозможности формирования планет в тесных двойных системах. Ранее ученые полагали, что гравитационное взаимодействие двух близко расположенных звезд делает такую среду слишком нестабильной для возникновения планет.
Обнаженное ядро
TOI‑849b — планета размером с Нептун и массой в 40 раз больше земной. По составу она напоминает земную кору: преимущественно состоит из железа и силикатов, а на долю легких газов (водорода и гелия) приходится не более 3–4 % массы. Это позволяет считать TOI‑849b огромным ядром бывшего газового гиганта, лишившемся своей атмосферной оболочки.
Примечательно, что объекты такой массы обычно превращаются в газовых гигантов наподобие Юпитера, притягивая огромные объемы газа. Однако TOI‑849b осталась без атмосферы вероятно из-за близости к родительской звезде или катастрофического столкновения. Эта планета предоставляет ученым редкую возможность напрямую изучить внутреннее строение газового гиганта.
Круговорот камней
K2‑141b — суперземля, состоящая преимущественно из железа и горных пород. Температура на дневной стороне, той, что всегда обращена к родительской звезде, достигает 3000 °C, из‑за чего там плавятся даже камни. Они превращаются в пар, поднимаются в атмосферу и переносятся на ночную сторону. Там камни конденсируются, выпадая в виде дождя из расплавленных минералов. Затем лава стекает обратно, запуская цикл заново — аналог земного круговорота воды в экстремальных условиях.
Далекий океан
GJ 1214 b — суперземля с огромным океаном глубиной в сотни километров. Из‑за колоссального давления и температуры (+280 °C) вода в недрах переходит в экзотические фазы — например, образует «горячий лед», сохраняющий кристаллическую структуру при высоких температурах. В отличие от большинства экзопланет с водородно‑гелиевой атмосферой, GJ 1214 b окружена плотной оболочкой из водяного пара.