Одна из миллиарда миров Вселенной

К немалому удивлению астрономов стало понятно, что стандартная планетная система в нашей Галактике гораздо больше похожа на систему Юпитера, чем на Солнечную систему

0

Революция в поисках экзопланет

Времена меняются. Чуть более двух десятилетий назад открытие новой экзопланеты неизменно рассматривалось как новость для первой полосы. В последние годы новость о вновь открытом мире едва упоминается, и просто добавляет еще одну строчку к данным о тысячах подтвержденных экзопланетах вне Солнечной системы, которые накапливаются в архиве Exoplanet NASA. Как и многие другие области деятельности ученых, наука об экзопланетах начинает оперировать большим количеством данных.

Такая ситуация может расстраивать охотников на экзопланеты. Их хвалят и награждают все меньше и меньше за открытые ими миры. Сегодняшняя наука увлечена результатами статистической обработки галактической планетарной переписи. Вряд ли будет преувеличением утверждение, что почти все, что было найдено, стало неожиданностью.

Базовая архитектура планетарных систем

Открытие первой системы, аналогичной найденным сегодня экзопланетным системам, было совершено Галилеем в 1610 году, когда он направил свой телескоп на Юпитер и заметил движения его четырех крупнейших лун. Галилеевы спутники Юпитера (Ио, Европа, Ганимед и Каллисто) образуют компактное, почти идеально сконфигурированное семейство миров на почти круговых орбитах. Массы этих лун в сумме составляют примерно две десятитысячные массы Юпитера. Эти луны имеют орбитальные периоды от двух дней (Ио) до более двух недель (Каллисто).

Такая же базовая архитектура, определяемая диапазоном орбитальных периодов и отношением масс спутников к массе планеты, справедлива и для систем спутников, вращающихся вокруг Сатурна и Урана. Но такая структура не похожа на архитектуру Солнечной системы. Самая большая планета нашей системы имеет тысячную часть солнечной массы. И орбитальные периоды наших планет намного длиннее, чем у спутников планет – гигантов.

К немалому удивлению астрономов стало понятно, что стандартная планетная система в нашей Галактике гораздо больше похожа систему Юпитера, чем на Солнечную систему. Примерно у половины близлежащих звезд есть минимум один (а часто несколько) мир с массой, большими земной. Орбитальные периоды этих миров лежат в диапазоне от нескольких дней до недель. В нашей системе пространство за 88 дневной орбитой Меркурия полностью пусто.

Компактные планетарные системы

Первые признаки распространенности компактных планетных систем с короткими периодами обращения появились 10 лет назад. Они были обнаружены в результатах, полученных от спектрографа HARPS, расположенного в Ла Силье, Чили. HARPS использовал метод измерения доплеровской скорости, чтобы обнаружить множество планет с малой массой. Результаты были настолько неожиданными, что их встретили со скептицизмом. Сомнения, однако, были устранены, когда миссия NASA «Kepler» обнаружила сотни систем с несколькими небольшими планетами, имеющими размеры, близкие к размерам Земли.

Техника определения транзита и доплеровский метод являются взаимодополняющими. Первый измеряет размер планеты, а второй оценивает ее массу. Однако для небольших планет, найденных «Kepler», трудно измерить точные массы с помощью метода Доплера. Сигналы от них очень слабы, и их родительские звезды часто генерируют мешающий исследованиям шум в своих спектрах.

К радости ученых, транзит планет на сильно разнесенных орбитах часто вызывает отклонения от регулярности их обращения вокруг родительской звезды. Приливные силы и гравитационные взаимодействия между планетами приводят к тому, что времена облета орбиты изменяются. Анализируя эти отклонения, астрономы вычисляют массы и орбитальные характеристики экзопланеты. А если мы знаем значение массы и размер экзопланеты, то нам известна и ее плотность, которая дает ключевое представление о ее структуре и о том, из чего она состоит.

Оценки плотности имеют сегодня многие экзопланеты, это более чем сотня объектов с массами ниже 30 масс Земли. Совокупность полученных результатов сбивает с толку. В двух словах: плотность планет варьируется очень широко. Если вы знаете радиус экзопланеты (но не имеете никакой другой информации), у вас практически нет шансов угадать ее массу. Среди планет, которые находятся в диапазоне размеров между Землей и Нептуном, диапазон масс может меняться в 10 раз. Это огромное значение указывает на поразительно широкий диапазон в возможных композициях экзопланет. Он должен иметь гамму от плотных миров из железа до газовых гигантов, имеющих невероятные запасы водорода.

Использование наземных телескопов

Только совсем недавно путаница, вызванная диаграммой плотности экзопланет, начала проясняться. Ясность возникла из-за широкого использования больших наземных телескопов. Это позволило проводить более точные измерения свойств родительских звезд транзитных планет, особенно их радиусов. Точное знание размера звезды непосредственно ведет к улучшенной оценке размера экзопланеты.

Теперь ясно, что распределение размеров экзопланет содержит отчетливый двойной пик. Больше всех обнаружено экзопланет с радиусами примерно в 1,75 раза больше Земли, и экзопланет больших чем Земля в 2,5 и более раз. Этот факт говорит нам что-то важное. Скорее всего, он характеризует довольно резкий переход между примерно земными мирами, и планетами с плотной атмосферой, состоящей из водорода и гелия. Эти планеты являются, по всей видимости более горячими меньшими братьями Урана и Нептуна.

Исследования Монреальского университета

Интригующее свойство природы экзопланет было обнаружено командой во главе с Лорен Вайс, докторантом Монреальского университета. Она установила существование любопытного принципа увеличения планетных масс и размеров. Планеты внутри конкретной системы имеют очень похожие размеры (и массы). И склонны придерживаться геометрической равномерности расстояния, подобно расположению гороха в стручке.

Хотя есть намеки на это явление и среди планет Солнечной системы (Земля и Венера представляют собой единую пару, такую же как Уран и Нептун), но оно гораздо более выражена среди систем, обнаруженных миссией «Kepler». Истоки этой любопытной внутрисистемной однородности пока еще неясны. Они создают интересное ограничение для процесса формирования планеты. Значит, должен существовать общий механизм, служащий для координации роста и расстояния между планетами. Даже если параметры у разных звезд будут сильно отличаться.

Будущие открытия

Астрономы находятся на пороге значительного расширения своей базы, в которой учтены экзопланеты. Миссия NASA «TESS», преемница «Kepler», была успешно запущена в апреле этого года, и в настоящее время контролирует звезды в поисках транзитных экзопланет.

Млечный Путь содержит более триллиона планет. Становиться очевидно, что большинство из них совсем не похожи на Землю. Да и наша Солнечная система становится странным гадким утенком на фоне других систем. Кто знает, может именно эта странность и позволила появиться жизни в нашей системе. А может эту систему кто-то спроектировал именно таким образом, чтобы обеспечить появление и процветания жизни?

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Комментировать

Войти с помощью: 

This website uses cookies to improve your experience. We'll assume you're ok with this, but you can opt-out if you wish.AcceptRead More

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: