Еще в начале 90-х планетологи были вынуждены довольствоваться только нашей родной Солнечной системой. Существование планет у других звезд ни у кого не вызывало сомнений, однако прямых доказательств не было — в силу больших расстояний и малого размера интересующих объектов обнаружить их было невозможно. Лишь в 1995 году была открыта первая экстрасолнечная планета — или, как их еще стали сокращенно называть, экзопланета. Ею стал огромный газовый гигант, вращающийся вокруг звезды 51 Пегаса.
С тех пор открытие новых экзопланет перестало быть чем-то удивительным. Пожалуй, главный вывод начавшейся новой эры в исследовании Вселенной — Солнечная система не похожа на большинство обнаруженных планетных систем. Например, упомянутая выше планета звезды 51 Пегаса относится к так называемым «горячим Юпитерам» – таких в Солнечной системе нет, но они довольно распространены в космосе. Одно из объяснений такой нашей непохожести — наблюдательная селекция: существующие методы обнаружения экзопланет пока еще плохо подходят для обнаружения систем, подобных нашей родной.
Наука вообще с трудом изучает уникальные явления: в этом случае нелегко выявить какие-либо закономерности. Пример с экзопланетами говорит именно о том, что мы вынужденно придавали слишком большое значение отдельным особенностям Солнечной системы. Сейчас, после 18 лет исследований и сотен открытых планет, ученые гораздо лучше понимают то, как формируются и живут эти небесные тела. Но «внесолнечная планетология» находится только в начале своего пути.
Октябрь 2012 года оказался богатым на открытия, наглядно показывающие, насколько разнообразными могут быть иные миры. Их сделали разные группы астрономов, обнаруженные планеты совершенно непохожи друг на друга, но все четыре работы, о которых будет рассказано в этой заметке, объединяет одно – описывая результат каждой из них, приходится употреблять слово «впервые».
Итак, начнем с планеты 55 Рака е. Это — пятая планета в системе звезды 55 Рака, находящейся на относительно небольшом расстоянии от нас в 40,9 световых лет. О ее существовании стало известно еще в 2004 году, однако остается неясным, что она из себя представляет. Сейчас точно известно, что эта планета относится к классу т. н. «суперземель». Она почти в девять раз тяжелее Земли, а ее диаметр в два раза больше, чем у нашей Родины. В прошлом году была высказана гипотеза, что эта планета представляет собой скальный мир, подобный Меркурию, Венере, Земле или Марсу, но покрытый гигантским слоем воды, составляющем более 10% массы планеты (то есть масса воды на 55 Рака е сравнима с массой Земли!). Планета Океан, да не совсем: из-за близости к звезде вода на ней пребывает в сверхкритическом состоянии, среднем между жидкостью и паром.
Но почему, собственно говоря, скальное ядро планеты должно состоять в основном из кислорода и кремния, подобно Земле? А описанная модель основана именно на этом предположении. Возможны и другие интерпретации того же значения плотности. Свежая статья в Astrophysical Journal Letters предлагает другой вариант: это — углеродная планета. Подобная гипотеза не только согласуется с данными о плотности 55 Рака е, но и, кроме того, находит поддержку в составе «родительской» звезды, также относительно богатой углеродом. Следовательно, протопланетный диск мог быть обогащен этим элементом. Да и спектральные наблюдения не показали наличия большого количества воды на планете. Таким образом, если верна гипотеза, 55 Рака е должна состоять из минералов и горных пород на основе углерода (к слову, на Земле его всего 0,1%). По-видимому, геологически углеродный мир неактивен. Под воздействием высоких температур и давления на глубине должны образовываться алмазы – в результате из-за низкой текучести вещества мантии не будет ни тектоники плит, ни магнитного поля. Дальнейшие исследования еще помогут подтвердить или опровергнуть эту гипотезу, но, если она верна — 55 Рака е представляет собой первую открытую углеродную планету.
Раньше, до начала «экзопланетной эры», астрономы полагали, что планеты могут быть только вокруг одиночных звезд, оставляя красивые картины «неба с несколькими солнцами» фантастам. Считалось, что в кратных системах невозможны устойчивые орбиты – метаясь между звездами, планеты либо вылетают за пределы системы, словно запущенные из пращи, либо падают на одно из своих солнц. Однако наблюдения последних полутора десятилетий показали, что всё не так безнадежно. Уже известно несколько экзопланет в системах двойных звезд. Есть два возможных варианта существования стабильных орбит: либо планета вращается сразу вокруг обеих звезд (в этом случае они в первом приближении могут считаться одним тяготеющим объектом), либо – вокруг только одной из звезд, но настолько близко к ней, что гравитация второй звезды мало влияет на движение планеты. Новооткрытая планета у звезды (вернее, системы звезд) KIC 4862625, что находится в созвездии Лебедя на расстоянии 5000 световых лет от Земли, «использует» первый способ. Она вращается на расстоянии примерно в 0,6 астрономической единицы (так называется мера расстояния, равная среднему радиусу земной орбиты) от тесной системы двух звезд – бело-желтого и красного карлика. Сама планета представляет собой газовый гигант, максимально возможная масса которого оценивается примерно в половину юпитерианской, а наиболее вероятная – в 20-40 земных. Из-за близости к звездам температура на планете должна лежать в пределах 524–613 К.
Статья об открытии этой планеты, принятая к публикации в Astrophisical Journal, вряд ли вызвала большой интерес у научного сообщества, если бы не два обстоятельства. Во-первых, открыли эту планету не профессиональные ученые, а любители, объединенные в проекте PlanetHunters (Охотники за планетами). С обработкой огромного массива наблюдательных данных, получаемого с космического аппарата Kepler, целью которого и является поиск экзопланет, не справляются астрономы (все-таки их на Земле не так много). Автоматический поиск улучшает ситуацию, но и он имеет свои ограничения. В итоге в игру вступают астрономы-любители. Планета в системе KIC 4862625 – их первый успех, естественно, проверенный и подтвержденный профессионалами. Ее официальное название – PH1, то есть первая, открытая проектом PlanetHunters.
Сама по себе планета тоже оказалась интересной. Как оказалось, система KIC 4862625 сложнее, чем представлялось ранее. На расстоянии 1000 астрономических единиц от пары звезд, вокруг которой вращается РН1, находится еще две звезды. Таким образом, любителям удалось впервые в истории обнаружить планету в системе четырех звезд! А это уже ставит вопросы перед космогонией. Современные модели развития газо-пылевых облаков – предшественников всех «солнечных систем» – требуют уточнений, чтобы «разрешить» формирование и стабильное существование (а возраст KIC 4862625 оценивается в 2 миллиарда лет) планет в подобных сложных, иерархически устроенных миров.
Планеты, вращающиеся ближе к звезде, проще обнаружить, чем удаленные – как гравитационное воздействие, так и затенение в этом случае оказываются сильнее. Неудивительно, что множество известных ныне планетных систем относится к так называемому типу Систем с Плотно Упакованными Внутренними Планетами. В них несколько планет, вращающихся по близким орбитам на расстоянии около 0,1 астрономической единицы от звезды, могут вступать во взаимодействие друг с другом – в результате их периоды обращения («года») синхронизируются. Но система KOI-500, о свойствах которой в середине октября 2012 был сделан доклад на съезде Американского Астрономического общества, оказалась самой плотно упакованной из всех известных. Пять ее известных планет помещаются гораздо ближе к центральной звезде, чем Меркурий. Самая дальняя из них вращается всего лишь на расстоянии 0,08 астрономических единиц (всего 12 миллионов километров!) от своей звезды – похожего на Солнце желтого карлика, находящегося в 1100 световых годах от нас, в созвездии Лиры. Для сравнения – Меркурий вращается примерно в шестидесяти миллионах километров от Солнца. По размерам все планеты сравнимы с Землей, но из-за близости к звезде температура на них гораздо выше – от 1250К у ближайшей до 580К у наиболее удаленной. Их года также не идут ни в какое сравнение с земным: от одних до 9,5 суток (у Меркурия – 88 суток). Интереснейшее свойство системы – орбитальный резонанс: каждые 191 день взаимное расположение планет повторяется.
Как уже было сказано, само по себе наличие планет в непосредственной близости от звезды — давно уже не новость. Но поначалу это свойство многих открываемых планетных систем ставило исследователей в тупик: как они могли образоваться? Ведь после образования звезды достаточно материала для образования крупных планет остается только вдали от нее (вспомните Солнечную систему с удаленными планетами-гигантами). Однако потом стало ясно, что в истории многих систем происходили миграции планет – образовавшись вдали от звезды, они перемещались ближе. Ясно, что в KOI-500 произошло нечто подобное. Однако обычно мигрирует только одна планета, здесь же – как минимум четыре, что доселе не наблюдалось никогда.
Диковинные миры, непохожие на привычный нам, захватывают дух. Но, конечно же, многих интересуют планеты, подобные Земле. Причем, желательно, не в тысячах световых лет от нас. Однако наша планета довольно маломассивна, что затрудняет обнаружение подобных ей объектов. К счастью, прогресс наблюдательной техники не стоит на месте. И вот – группа исследователей из Европейской Южной Обсерватории обнаружила самую близкую к нам экзопланету, о чем сообщает статья в журнале Nature. Эта планета вращается вокруг звезды Альфа Центавра В – одного из компонентов тройной системы, в которую входят самые близкие к Солнцу звезды (в том числе не видимая невооруженным глазом Проксима, что в переводе с греческого и означает «ближайшая»), расположенные в 4,3 световых годах от нас. Так что открытая планета не просто близкая – ближе некуда. Альфа Центавра В – оранжевый карлик, по своим характеристикам весьма похожий на Солнце. Минимальная масса обнаруженной планеты — 1,13 земных (опыт показывает, что минимальная оценка массы обычно не сильно отличной от истинной). Обнаружение такой легкой планеты стало возможным благодаря новым техническим средствам – почти вся статья об открытии занята описанием методики выделения сигнала среди разнообразных источников помех (колебания поверхности звезды, «засветка» от соседней Альфы Центавра А, инструментальный шум – и это еще не все, с чем столкнулись астрономы!).
Похожа ли обнаруженная планета на Землю? К сожалению, нет. Хоть и сходная по размерам с нашей Родиной, она вращается всего лишь в шести миллионах километров от Альфы Центавра В. В результате ее год меньше нашего более, чем в сто раз – 3,24 дня, а температура на ее поверхности составляет 1500 К, что не оставляет шансов найти там жизнь в привычной для нас форме . Так что посылать звездолет туда (а современные технологии, в принципе, позволяют автоматической станции достичь Альфы Центавра за разумное время) пока еще преждевременно. Но авторы заканчивают свою статью с оптимизмом – прогресс наблюдательной техники всё больше приближается к тому, чтобы открыть истинного «двойника Земли». Надеемся и ждем.
