Все эти миры — ваши. Научные поиски внеземной жизни

На основании лучевых скоростей планет в системе Ипсилон Андромеды мы смогли определить, что масса Ипсилон Андромеды b равна примерно половине массы Юпитера и он обращается вокруг своей родительской звезды за 4,6 суток. Если масса звезды сопоставима с массой Юпитера, мы можем считать, что этот мир похож на Юпитер, но почему в таком случае он горячий? Чтобы в этом разобраться, мы должны вспомнить третий закон Кеплера и зависимость между периодом вращения и орбитальным радиусом. Если масса родительской звезды примерно такая же, как у Солнца, мы можем представлять себе орбиту Ипсилон Андромеды b в масштабах нашей Солнечной системы. Итак, если период обращения составляет 4,6 суток, то орбитальный радиус Ипсилон Андромеды b равен приблизительно 1/12 (точнее 0,06) а. е. Это примерно восьмая часть расстояния от Меркурия до Солнца. Очевидно, это будет горячая планета, но можно ли сказать точнее?

Чтобы определить температуру поверхности планеты, мы должны сделать одно важное допущение: большую часть энергии, полученной от своей родительской звезды, планета отдает в космос. На основании температуры родительской звезды, доли ее излучения, поглощаемой планетой (в противовес отражаемому излучению), и орбитального расстояния планеты можно подсчитать температуру энергетического баланса на поверхности планеты. Для Ипсилон Андромеды b равновесная температура оказалась больше 1130 °C — действительно горячо!

Однако вскоре выяснилось, что, если вычесть влияние планеты Ипсилон Андромеды b на доплеровское смещение родительской звезды, у нее по-прежнему будут наблюдаться заметные колебания лучевой скорости, а значит, в ее системе есть и другие планеты. Как оказалось, Ипсилон Андромеды обладает четырьмя планетами с массами порядка массы Юпитера, обращающимися на расстоянии, сопоставимым с орбитальным радиусом Юпитера в нашей Солнечной системе. Три оставшиеся планеты более удалены от звезды, чем планета b, и, следовательно, температуры равновесия для них будут ниже. Я надеюсь, что на этом месте у вас что-то щелкнуло и вы увидели связь между равновесной температурой и зоной обитаемости. Хотя зону обитаемости можно определить несколькими способами — от самых простых, не выходящих за рамки курса общей физики, до более сложных, учитывающих состав атмосферы конкретной планеты, — но проще всего, наверное, сказать, что границы зоны обитаемости устанавливаются из расчета, что температура равновесия для планет должна находиться в диапазоне между 0 и 100 °C.

…и сверхземли!

Одной из самых неожиданных находок в коллекции планет, обнаруженных «Кеплером», стало большое количество миров, радиусы которых равны радиусу Земли или незначительно (до четырех раз) его превышают. В нашей Солнечной системе радиусы Урана и Нептуна в четыре раза превышают земной. Их массы равны 14 и 17 массам Земли соответственно. В нашей Солнечной системе нет планет, чья масса превышала бы массу Земли, но была бы меньше массы Нептуна, однако в каталоге планет, обнаруженных «Кеплером», планеты среднего размера встречаются чаще всего. Как они выглядят? Окажутся ли они каменными планетами с массой большей, чем Земля, так называемыми сверхземлями, или уменьшенными юпитероподобными мирами, маломерными Нептунами?

Ярким примером сверхземли может служить планета под названием Кеплер 10c. Она была обнаружена космическим телескопом «Кеплер» с помощью транзитного метода. Ее радиус в 2,3 раза больше земного. Вычисленная на основании лучевой скорости родительской звезды масса планеты в 17 раз больше массы Земли — почти так же, как масса Нептуна. Зная массу и радиус, мы можем вычислить плотность Кеплера 10c. Она в 1,3 раза плотнее Земли, а это значит, что ее нельзя отнести к газовым гигантам: это суперсверхземля. Но почему планеты с массой, превышающей массу Земли в 17 раз, иногда оказываются каменными (как Кеплер 10c), а иногда газовыми гигантами (как Нептун)? У нас пока нет ответа на этот вопрос.

Теперь можно сказать, что было бы совсем не интересно и даже немного обидно, если бы оказалось, что наша планетная система всего лишь одна из множества таких же систем, созданных словно по шаблону.

Надо признаться, что наша современная планетология — как показало открытие экзопланет — больше напоминает фантастический сценарий, в котором возможны почти любые варианты планет. Но от этого она только интересней!

Множественность миров