Загадки космоса. Планеты и экзопланеты

Первые два критерия астрономы неявно использовали чуть ли не с XVIII века, когда планетой называли любое крупное тело на орбите вокруг Солнца, третий же критерий оказался совершенно новым. В результате в 2006 году впервые произошло не увеличение, а уменьшение числа планет: Плутон исключили из перечня последних (поскольку он не соответствует третьему критерию). Также были введены еще два класса объектов Солнечной системы. Представители первого из них, карликовые планеты, отличаются от обычных тем, что третий критерий в их определении звучит так: не являются спутником другой планеты[64]. Второй же класс включил в себя все, что осталось: малые тела Солнечной системы. Ну а если в первом критерии слово «Солнце» заменить на «звезда» мы получим определение понятия «экзопланета».

* * *

В первых главах я крупными мазками нарисовал картину рождения планетных систем в протопланетном диске. Но на этом переустройство звездной системы не заканчивается. Материала, который содержится в протопланетном диске, достаточно для создания гораздо большего числа планет, чем астрономы находят вокруг звезд. Часть этого материала действительно рассеивается в пространстве, а часть образует планетезимали или планеты. В восьмой главе была описана гипотеза о миграции, согласно которой в первые миллионы лет газовые гиганты, уже успевшие сформироваться, взаимодействуя с газом, меняют свои орбиты. Во время этой перестройки происходят катастрофические события: сталкиваются и разрушаются миры, многие планетезимали выбрасываются из диска. На начальных этапах эволюции протопланетного диска даже сформировавшиеся планеты могут покинуть систему родительской звезды навсегда. На сегодняшний день различными методами найдено 20 кандидатов в такие свободно плавающие планеты⁹⁴.

Сколько и какие планеты покинули Солнечную систему, мы не узнаем уже, наверное, никогда. Понятно, что планеты с малой массой с большей вероятностью могут быть выброшены из системы, чем гигантские планеты вроде Юпитера. Означает ли это, что в Солнечной системе всегда было четыре газовых гиганта? Нет. Как показало одно из исследований 2011 года, модели планетной системы, включающие пять газовых гигантов, могут объяснить орбиты Земли и Марса лучше, чем модели только с четырьмя⁹⁵. Возможно, планета размером с Нептун сформировалась и была выброшена из Солнечной системы на заре времен. Что касается планет земной группы, то нашу систему могло покинуть до десяти планет размером с Марс. Конечно, компьютерные модели – это ни в коем случае не доказательства, но они иллюстрируют возможности.

Какова судьба этих планет-странников? В первую очередь она определяется их строением, потому что при отсутствии внешних источников энергии их место занимают внутренние (если они, конечно, есть). Если выброшенная планета имеет марсианские размеры, она остынет достаточно быстро – в первые сотни миллионов лет своей жизни[65]. Недра более крупных планет, размером с Землю и больше, будут остывать миллиарды лет, подогреваемые жаром конвективных потоков в мантии и энергией распада радиоактивных элементов. Если тело представляет собой спутник выброшенного в свободное плавание газового гиганта, то энергия приливной деформации позволит его недрам сохранять высокие температуры практически безгранично долго, а в подледных океанах планеты могут быть все условия для существования жизни.

Лишенные родительской звезды планеты – их называют блуждающими планетами, а также планетами-бродягами или планетами-сиротами – долгое время существовали лишь на бумаге. Но однажды такую планету наконец удалось обнаружить.

Двумя самыми эффективными методами поиска экзопланет являются транзитный метод и метод радиальных скоростей. Так как оба ориентированы на отслеживание звездного света, очевидно, что для поиска блуждающих планет они не подходят. Некоторые еще не остывшие блуждающие планеты являются источниками излучения – невидимого глазу инфракрасного света. Поиск источников инфракрасного излучения для обнаружения планет-бродяг в нашей галактике был бы хорошей идеей, если бы не точность измерительной аппаратуры, которая оставляет большой простор для интерпретации наблюдений.

Первой подтвержденной блуждающей планетой, статус которой у большинства астрофизиков не вызывает сомнений, стал объект, обнаруженный в 2013 году и получивший причудливое название PSO J318.5-22⁹⁶. Цифры – это координаты объекта на небе, а PSO – сокращение от Pan-STARRS 1 Object, что значит «объект, обнаруженный телескопом Pan-STARRS 1».