Загадки космоса. Планеты и экзопланеты

Тогда как метод радиальных скоростей позволяет оценить массу планеты, с помощью транзитного метода по величине падения яркости звезды можно рассчитать радиус планеты. Осирис стал первой экзопланетой, у которой вычислили радиус, он равен 1,35 R_J. Помимо этого, транзитный метод позволяет определить ориентацию орбиты планеты относительно наблюдателя с Земли. Если мы смотрим на планету из плоскости эклиптики, то для нас она проходит по самому экватору ее звезды. Но что, если мы смотрим на планету не из плоскости эклиптики? В этом случае чем выше (или ниже) мы находимся по отношению к этой плоскости, тем ниже (или выше) по диску звезды будет проходить для нас планета. Это продолжится до тех пор, пока мы совсем не перестанем видеть планету. Чем ближе орбита планеты проходит к экватору звезды, тем дольше она будет заслонять от нас некоторую часть звездного света и тем длиннее будут транзиты. Сравнивая наблюдаемое время с рассчитанным на основе законов небесной механики, можно вычислить наклон орбиты планеты. Известная ориентация орбиты устраняет неточности в расчетах массы, сделанных с помощью метода радиальных скоростей. С учетом этих поправок масса Осириса равна 0,7 M_J. Такое комбинирование разных методов оказывается очень важным, поскольку точно измеренные масса и радиус планеты дают значение средней плотности, что является ключом к пониманию нового мира. Осирис стал не только первой планетой, обнаруженной транзитным методом, но и первой планетой, у которой определили плотность.

Зная плотность планеты, можно попытаться предсказать условия на ней. Скалистая Земля имеет плотность 5 500 кг/см³, примерно такой же плотностью обладают Меркурий и Венера. Марс наименее плотный из всех планет земной группы: отношение массы к его объему равно 3 900 кг/см³. Плотности газовых гигантов Юпитера, Урана и Нептуна примерно равны 1 500 кг/см³, а плотность Сатурна составляет 70 % плотности воды. Осирис же имеет плотность 370 кг/см³.

В силу близости к своей звезде средняя температура верхних слоев атмосферы Осириса равна 1 100 К, а разность температур на планете днем и ночью составляет примерно 500 К. Из-за этого атмосфера планеты раздувается настолько, что гравитация Осириса уже не может ее удержать, и вещество покидает верхние слои атмосферы со скоростью 100 000 т/с. Давление звездного излучения ускоряет отток газов и формирует кометоподобный хвост⁵⁸. Планета как бы испаряется.

Температура атмосферы горячих юпитеров может быть еще больше. Планета KELT-9 b[39] – самый горячий из обнаруженных к настоящему времени горячих юпитеров. Сообщение об открытии этой планеты транзитным методом появилось в журнале Nature в 2017 году. Она вращается вокруг своей звезды, имеющей температуру 10 000 К, и находится от нее на расстоянии, равном всего лишь 0,1 от среднего расстояния между Меркурием и Солнцем, или 0,034 а. е. Высокая температура звезды KELT-9 нагревает атмосферу планеты до 4 300 К⁵⁹, что делает ее даже более горячей, чем некоторые звезды. Из-за этого KELT-9 b больше похожа на звезду K-типа, нежели на газового гиганта. Высокие температуры на дневной стороне планеты не позволяют образовываться молекулам. Возможно, какие-то простые вещества образовываются на ночной стороне, а ионы и атомы железа и титана формируют облака, из которых идут металлические дожди.

Звезда и ее планета обмениваются энергией через приливные силы. Это те же самые силы, которые вызывают приливы на Земле и заставляют Луну поворачиваться к Земле лишь одной стороной. Эти же силы, судя по всему, ответственны за то, что KELT-9 b тоже повернута к родительской звезде только одной стороной, а ее орбита почти круговая. Масса KELT-9 b почти равна 3 M_J, а радиус еe водородной атмосферы близок к пределу Роша, после которого атмосфера уже не может существовать как единое целое, иначе она будет разрушена приливными силами. Вероятно, из-за этого KELT-9 b теряет атмосферу и за ней в пространстве, как и за Осирисом, словно за кометой, тянется хвост газа.