Элизабет Таскер - Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли

Если бы продукты вулканической активности выбрасывались высоко в атмосферу 55 Рака e, ее нижние слои не были бы видны извне. В этом случае для наблюдения были бы доступны более высокие, менее горячие части газовой оболочки планеты, а также формирующаяся при охлаждении выбросов шапка, а значит, были бы получены более низкие значения температуры. С ослаблением вулканической активности облака выбросов рассеются, и нижняя, более горячая часть атмосферы планеты снова будет видна. Поэтому зафиксированные колебания температуры могут объясняться вспышками вулканической активности. Изменения в величине падения светимости при прохождении планеты по диску звезды также могут быть вызваны присутствием в атмосфере вулканических выбросов. Наличие в воздухе значительного количества вулканического пепла препятствует проникновению света звезды, что и дает большее значение при измерении радиуса планеты.

Объяснить наблюдаемые изменения в значениях температуры и радиуса вулканической активностью можно только в том случае, если вулканы на 55 Рака e выбрасывают материал на высоту, недоступную ни одному вулкану в Солнечной системе. На высоте порядка 1300–5000 км над всей поверхностью планеты должны тянуться облака выбросов. Если это одно массивное облако, то поистине циклопических размеров — 10 000–22 000 км, то есть от 1 до 2 радиусов планеты. Для сравнения: облака выбросов на Ио простираются на 300–500 км, что составляет 16% — 27% радиуса этого спутника. Впрочем, памятуя о репутации 55 Рака e как планеты крайностей, ничего другого от нее ожидать и не следует.

Подтверждение гипотезы о вулканах также могло бы пролить свет и на строение планеты. Если допустить, что фактический радиус 55 Рака e совпадает с минимальным значением, полученным в ходе измерений (и соответствующим атмосфере без облаков выбросов), ее плотность окажется близкой к значению, соответствующему землеподобным недрам из железа и силикатов. Даже в этом случае она все равно будет очень мало походить на Землю: учитывая, что ее поверхность состоит из расплавленных горных пород, это будет мир жидкой лавы. В то же время вулканическая модель не исключает версию об углеродном мире или оболочке из сверхкритической воды. Чтобы проверить гипотезу, необходимо исследовать вулканические выбросы или атмосферу планеты.

Никку Мадхусудан, член команды исследователей из Кембриджского университета и главный поборник идеи о 55 Рака e как об углеродном мире, заметил: «Находить зацепки там, где не ждешь, — именно это и делает науку такой увлекательной. Последние наблюдения открывают новую главу в изучении каменистых экзопланет с использованием уже существующих и будущих больших телескопов».

Образ океана вулканической лавы, которым может оказаться 55 Рака e, обескураживает даже больше, чем окутанный смогом углеродный мир. Впрочем, это не первая планета, которую заподозрили в сходстве с преисподней.

В феврале 2009 г. появилось сообщение о прохождении новой планеты по диску звезды на расстоянии 489 световых лет в созвездии Единорог. Планета получила обозначение CoRot-7 b — в честь французского космического телескопа, с помощью которого она была открыта: COnvection, ROtation et Transits planétaires, что в переводе на русский означает «Конвекция, вращение и прохождения планет». Телескоп CoRot был спроектирован для поиска проходящих экзопланет на коротких орбитах с периодом обращения менее 50 дней. Обнаружив планету CoRot-7 b, он убедительно подтвердил свою эффективность. Новая планета совершает полный оборот вокруг своей звезды за 20 часов на расстоянии, не превышающем 4% расстояния от Меркурия до Солнца [14] Звезда CoRot-7 — чуть меньше Солнца, но больше 55 Рака. Из-за этого ближайшая к ней планета находится на расстоянии меньшем, чем расстояние от 55 Рака e до ее звезды, но имеет чуть больший период обращения. .

Объяснить плотность CoRot-7 b оказалось проще, чем плотность 55 Рака e. В том же году, когда было зафиксировано прохождение планеты, исследователи вычислили ее массу на основе измерений лучевой скорости. При массе CoRot-7 b чуть меньше 5 земных масс и радиусе 1,7 радиуса Земли плотность планеты составляет приблизительно 6 г/см 3. Данное значение чуть меньше того, которое должен иметь мир в 5 раз массивнее Земли с землеподобным железным ядром и силикатной мантией, но все же возможность сходства сохраняется, если допустить, что железо истощилось или радиус при наблюдении казался чуть больше фактического. Такая плотность определенно была слишком высокой для газовой планеты, что сделало CoRot-7 b первой подтвержденной планетой с твердой оболочкой за пределами Солнечной системы.

Опираясь на вывод о близком совпадении плотности CoRot-7 b с плотностью Земли, ряд изданий и организаций (включая, надо признать, и NASA) выступили с сообщениями о новом мире, называя его «самой похожей на Землю планетой» на тот момент. Впрочем, даже если с точки зрения состава планеты это утверждение и соответствовало действительности, то с учетом средней температуры на ее поверхности (около 2000 °C), сравнение с Землей казалось несколько натянутым. Если бы можно было постоять на ее поверхности, мы бы увидели звезду в 300 раз большего размера, чем Солнце на нашем небе. Однако постоять там вряд ли получится, ведь вместо твердой поверхности там должен быть океан расплавленной лавы. Таким образом, CoRot-7 b была не просто первым подтвержденным каменистым миром — она была еще и первым миром, покрытым лавой.

Покрытые лавой миры, такие как CoRot-7 b и 55 Рака e, располагаются так близко к своим звездам, что попадают в приливный захват. В таком состоянии планета всегда обращена к звезде одной стороной. Наша собственная Луна находится в приливном захвате с Землей. Поэтому нам видна только одна половина ее поверхности. Впервые люди увидели обратную сторону Луны только во время полета «Аполлона-8» — как раз тогда была сделана знаменитая фотография «Восход Земли».

Приливный захват случается в результате деформации планеты (или спутника) гравитацией звезды (или планеты). Испытывая мощное притяжение находящейся совсем близко звезды, сферическая планета принимает слегка вытянутую форму (форму мяча для игры в регби). При попытке вращения гравитация звезды будет притягивать выступающую область на ближайшей к ней стороне планеты. Из-за этого вращение планеты будет происходить таким образом, чтобы выступающая область всегда была обращена к звезде. В результате она оказывается в приливном захвате.

Гравитация планеты (или спутника) также может деформировать звезду (или планету). В случае CoRot-7 b по причине колоссальной разницы в размерах между планетой и звездой это обратное влияние остается слабым и незаметным. Напротив, притяжение, которое Луна оказывает на Землю, заставляет подниматься и опускаться сушу и моря, вызывая приливы. В результате деформации Земли под воздействием Луны в ее коре образуются приливные выступы высотой около 0,5 м.