Новости общества

Еще совсем недавно мы думали, что наша Солнечная система является прототипом, по которому должны быть выстроены и другие планетарные системы. Мы думали, что существует два класса планет: твердые миры, которые мы находим сгруппированными во внутренних областях, и газовые гиганты, которые находятся подальше. Начиная с 1990-х годов мы начали обнаруживать планеты и возле других звезд, а потом выяснили, что наша Солнечная система не совсем нормальная. В новой работе, которая была принята к публикации на этой неделе, двое астрофизиков из Колумбийского университета предприняли попытку выяснить, почему так.

Оказывается, иметь небольшие твердые планеты во внутренней солнечной системе и большие газовые гиганты во внешней, не совсем нормально. Газовые гиганты и твердые планеты можно обнаружить повсюду, и у крупных планет ровно такие же шансы оказаться поближе к своей звезде, как и у малых. Планеты, которые мы находили, показали, что ничто не запрещает газовым гигантам становиться «горячими Юпитерами», даже больше — они поступают так довольно часто. Второй сюрприз удивляет еще больше, и за него стоит поблагодарить новаторскую работу космической обсерватории «Кеплер» NASA. Хотя твердые миры размером с Землю — и покрупнее, и поменьше — так же распространены, как миры размером с Нептун и Юпитер, есть и третий класс планет, самый распространенный из всех. Между размерами Земли и Нептуна есть опция, которую мы проглядели: суперземля (или мини-нептун). И как оказалось, суперземель больше, чем любых других планет.

Первый вопрос, который у нас возник: почему этот класс удивительных миров такой густо населенный? Но по мере того, как улучшались наши модели планетарных образований возле звезд, мы начинали видеть, что вместе с выживающими планетами появляется и гладкое распределение. Миры, которые были слишком мало массивными, как правило, поглощались, выбрасывались или забрасывались на Солнце другими телами. По мере увеличения массы планеты увеличивалась и вероятность их выживания. Чем массивнее мир — желательно, в три раза массивнее Земли — тем вероятнее, что его гравитационное притяжение будет обволакивать его водородом и гелием. Эти миры с промежуточной массой должны быть где-то между твердыми планетами и газовыми гигантами. Но если вы будете искать все более массивные миры, вы увидите, что их становится все меньше и меньше. Вселенная не плодит чрезмерное количество массивных миров просто потому, что у нее есть сырье. Для образования одного только Юпитера у нее ушло бы 317 наших планет.

По мере того, как улучшалось наше понимание планетарного образования, у нас начали появляться вопросы по существу. Если суперземли были самым распространенным типом миров, то что такого особенного в Солнечной системе, что у нас нет ни одной суперземли? Варианты интересные, но разочаровывающие:

• Молодые суперземли сформировались, но не выжили, возможно, были выброшены вместе с миграцией  гигантских планет.
• Вся внутренняя Солнечная система образовалась до того, как Юпитер двинулся наружу, и твердые миры оказались небольшими, потому что сформировались поздно, когда весь материал уже был потрачен.
• Наши массивные газовые гиганты и Солнце заграбастали первый планетообразующий материал, не оставив суперземле и шанса.

Однако используя новейшие разработки в области вероятностного прогнозирования, ученые Чжиньчжинь Чен и Дэвид Киппинг пришли к новому, интересному и полному объяснению. Возможно, мы очень ошибались.

В большинстве случаев, когда мы наблюдали за планетами, мы знали либо массу, либо радиус, но не оба параметра одновременно. Но не зная одного параметра, невозможно понять, с каким миром мы имеем дело, с твердым вроде Земли или с газообразным вроде Нептуна. Представьте два совершенно разных мира, каждый из которых в три раза массивнее Земли: у одного есть твердое ядро в 2,8 земной массы с тонкой оболочкой газа вокруг, а у другого твердое ядро в 1,5 земной массы и столько же газа в атмосфере. Первая планета будет похожей на Землю, но на деле является суперземлей: больше, массивнее и с тонкой атмосферой. Вторая планета будет больше похожа на мини-нептун: 10 000 километров «атмосферы» над твердой поверхностью во всех направлениях, а давление на поверхности мгновенно раздавит любую известную нам жизнь.

Выводы Чена и Киппинга позволяют точно провести границу между суперземлей и мини-нептуном. Они представили схему классификации, которая намного превосходит наши предыдущие ужасные оценки. Их вариант:

• Любой мир, массой меньше 2,0 ± 0,6 земной, вероятнее всего, будет твердым.
• Любой мир между 2,0 и 130 земными массами будет похожим на Нептун.
• Все, что массивнее 8% нашего Солнца, будет звездой.

Вот и все. Другая классификация, по мнению астрофизиков, будет полной ерундой.

Также это говорит нам, что большинство миров, которые мы называем «суперземлями», на самом деле расположены на маломассивном конце нептуноподобных миров, что подтверждает давнее подозрение. Для планет, найденных методом транзита, твердый мир с массой в 2,0 земных будет примерно на 25% больше в радиусе, чем Земля; если больше, то это почти наверняка будет нептуноподобный мир с массивной водородно-гелиевой оболочкой.

И знаете, почему в нашей Солнечной системе нет никаких суперземель? Потому что с массами в 50% и 40% от этого транзитного порога, соответственно, Земля и Венера являются как раз теми суперземлями, которые мы ищем: твердыми планетами с большой массой. Следующий «класс» планет будет нептуноподобными мирами, и у нас есть три таких.

«Большое число обнаруженных планет с массой в 2-10 земных часто приводится в качестве доказательства, что суперземли очень распространены и наша Солнечная система, получается, необычна», пишут авторы работы. «Однако если границу между мирами земного и нептунианского типа сдвинуть до 2 земных масс, Солнечная система больше не будет необычной. По нашему определению, только три из восьми планет Солнечной системы являются нептунианскими мирами, которые являются наиболее распространенным типом планет возле других звезд солнечного типа».

Другими словами, верно то, что в нашей Солнечной системе нет планет между двумя и десятью земными массами, и это само по себе является редкостью. Но это не самый лучший способ классификации планет; они просто входят в диапазон нептунианских миров, а у нас есть три таких. Выходит, мы совсем неправильно рассматривали проблему пропавших суперземель. Если рассмотреть ее правильно, интересных вывода будет два: то, что мы называли суперземлями, вообще на Землю не похоже, и проблемы никакой нет, потому что в нашей Солнечной системе ничего и не пропадало.

Земля может быть «потерянной суперземлей» Солнечной системы
Илья Хель