До съвсем наскоро смятахме, че нашата слънчева система е прототипът, по който трябва да бъдат изградени други планетни системи. Смятахме, че има два класа планети: твърди светове, които намираме струпани във вътрешните региони, и газови гиганти, които са по-далеч. От 90-те години на миналия век започнахме да откриваме планети в близост до други звезди и след това установихме, че нашата Слънчева система не е съвсем нормална. В нова статия, която беше приета за публикуване тази седмица, двама астрофизици от Колумбийския университет се опитаха да разберат защо.
Оказва се, че наличието на малки твърди планети във вътрешната слънчева система и големи газови гиганти във външната не е съвсем нормално. Газови гиганти и скалисти планети могат да бъдат намерени навсякъде, а големите планети имат точно същите шансове да бъдат по-близо до своята звезда като малките. Планетите, които открихме, показаха, че нищо не пречи на газовите гиганти да станат „горещи юпитери“, дори повече - те го правят доста често. Втората изненада е още по-изненадваща и си заслужава пионерската работа на космическата обсерватория на Кеплер на НАСА. Въпреки че солидните светове с размерите на Земята - както по-големи, така и по-малки - са толкова често срещани, колкото светове с размерите на Нептун и Юпитер, има трети клас планети, най-често срещаните от всички. Между размерите на Земята и Нептун има опция, която сме пренебрегнали: супер-земя (или мини-нептун). И както се оказа, суперземята е по-голяма от всяка друга планета.
Първият въпрос, който възникна пред нас: защо този клас удивителни светове е толкова гъсто населен? Но докато нашите модели на планетни образувания в близост до звездите се подобриха, ние започнахме да виждаме, че заедно с оцелелите планети се появи плавно разпределение. Световете, които бяха твърде малко масивни, като правило бяха поглъщани, изхвърляни или хвърляни в Слънцето от други тела. С увеличаването на масата на планетата нараства и вероятността за оцеляването им. Колкото по-масивен е светът - за предпочитане три пъти по-масивен от Земята - толкова по-вероятно е гравитационното му привличане да го обгърне с водород и хелий. Тези междинни масови светове трябва да са някъде между скалисти планети и газови гиганти. Но ако търсите все по-масивни светове, ще видите, че има все по-малко от тях. Вселената не поражда прекомерен брой масивни светове, просто защото има суровини. Биха били необходими 317 от нашите планети, за да се образува само Юпитер.
С подобряването на нашето разбиране за планетарното образование започнахме да имаме съществени въпроси. Ако свръхземните са били най-често срещаният тип светове, тогава какво е толкова специалното в Слънчевата система, че нямаме нито една свръхземя? Вариантите са интересни, но разочароващи:
- Млади суперземни, образувани, но не оцелели, може да са били изхвърлени заедно с миграцията на гигантски планети.
- Цялата вътрешна слънчева система, образувана преди Юпитер да се премести навън, и твърдите светове се оказаха малки, защото се образуваха късно, когато целият материал вече беше изразходван.
- Нашите масивни газови гиганти и Слънцето грабнаха първия образуващ планетата материал, без да оставят шанс за супер-земя.
Използвайки най-новите разработки в вероятностното прогнозиране, учените Чжинджин Чен и Дейвид Кипинг излязоха с ново, интересно и пълно обяснение. Може би много грешихме.
Промоционално видео:
В повечето случаи, когато наблюдавахме планети, знаехме или масата, или радиуса, но не и двата параметъра едновременно. Но без да знаем един параметър, е невъзможно да разберем с какъв свят си имаме работа, с твърдо вещество като Земята или с газообразно като Нептун. Представете си два напълно различни свята, всеки от които е три пъти по-масивен от Земята: единият има твърдо ядро от 2,8 земни маси с тънка обвивка на газ около себе си, а другият има твърдо ядро от 1,5 земни маси и същото количество газ в атмосферата. Първата планета ще бъде подобна на Земята, но в действителност тя е супер-Земя: по-голяма, по-масивна и с по-тънка атмосфера. Втората планета ще бъде по-скоро като мини-нептун: 10 000 километра "атмосфера" над твърда повърхност във всички посоки и натискът върху повърхността моментално ще смаже всеки живот, който познаваме.
Констатациите на Чен и Кипинг ни позволяват точно да начертаем границата между супер-Земите и мини-Нептун. Те представиха схема за класиране, която далеч надхвърля предишните ни ужасни оценки. Техният вариант:
- Всеки свят с тегло под 2,0 ± 0,6 Земята вероятно ще бъде твърд.
- Всеки свят между 2,0 и 130 земни маси ще бъде подобен на Нептун.
- Всичко по-масивно от 8% от нашето Слънце ще бъде звезда.
- Това е всичко. Друга класификация, според астрофизиците, би била пълна глупост.
Също така ни казва, че повечето светове, които наричаме „суперземли“, всъщност са разположени в края на ниската маса на светове, подобни на нептун, потвърждавайки дългогодишно подозрение. За планети, открити чрез транзитния метод, солидният свят с маса 2,0 Земи ще бъде с около 25% по-голям в радиус от Земята; ако повече, почти сигурно ще бъде подобен на нептун свят с масивна водородно-хелиева обвивка.
И знаете ли защо в нашата слънчева система няма суперземли? Тъй като с маси съответно 50% и 40% от този праг на преминаване, Земята и Венера са точно свръхземните, които търсим: твърди планети с голяма маса. Следващият "клас" на планетите ще бъдат светове, подобни на нептун, и ние имаме три от тях.
„Голям брой открити планети с маса 2-10 Земя често се цитират като доказателство, че свръхземлите са много разпространени и нашата Слънчева система се оказва необичайна“, пишат авторите. „Ако обаче границата между земния и нептуновия свят бъде изместена до 2 земни маси, Слънчевата система вече няма да е необичайна. По наше определение само три от осемте планети в Слънчевата система са нептунови светове, които са най-често срещаният тип планети около други звезди от слънчев тип."
С други думи, вярно е, че в нашата слънчева система няма планети между две и десет земни маси и това само по себе си е рядко. Но това не е най-добрият начин за класификация на планетите; те са просто част от обхвата на нептуновите светове и ние имаме три от тях. Оказва се, че бяхме напълно погрешни за проблема с липсващите суперземли. Ако го разгледаме правилно, ще има два интересни извода: това, което нарекохме суперземли, изобщо не прилича на Земя и няма проблем, защото нищо не е изчезнало в нашата слънчева система.
ИЛЯ ХЕЛ