Элизабет Таскер - Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли

Если орбита планеты не круговая, при движении по ней величина деформации, вызванной звездой, изменяется по мере уменьшения и увеличения силы притяжения. Это приводит к изгибанию, которое, в свою очередь, провоцирует вулканическую активность. Примерами таких тел могут служить Ио и 55 Рака e. Не исключено, что и с CoRot-7 b происходит то же самое вследствие присутствия второй планеты, находящейся на более удаленной орбите. Под влиянием старшего собрата орбита CoRot-7 b могла бы принять форму эллипса, что приводило бы к изгибанию планеты при приближении к звезде и удалении от нее. Тогда поверхность CoRot-7 b была бы похожа на поверхность 55 Рака e, представляя собой вулканический ад.

Чем больше расстояние от звезды до орбиты планеты, тем меньше степень приливной деформации. На определенном расстоянии сила притяжения, воздействующая на выступ, оказывается слишком слабой, чтобы тело попало в захват. Именно поэтому Земля не находится в приливном захвате с Солнцем. Если два обращающихся объекта близки по размеру, они могут находиться в приливном захвате относительно друг друга. Как раз это произошло с Плутоном и его самым крупным спутником Хароном — эти небесные тела смотрят друг на друга, как партнеры в румбе.

Планеты, попавшие в приливный захват со своими звездами, представляют собой двуликие миры, на одной половине которых царит нескончаемый день, а на другой — вечная ночь. Равномерность распределения тепла между дневной и ночной сторонами определяется характером планеты и интенсивностью циркуляции в атмосфере. Из-за огромного расстояния, отделяющего нас от CoRot-7 b, мы не можем зафиксировать ни саму ее атмосферу, ни какие-либо температурные колебания в ней. Если допустить, что тепло в атмосфере распределяется равномерно, то температура поверхности должна достигать приблизительно 1500 °C. Если перераспределение тепла не происходит, температура на дневной стороне может достигать значения 2300 °C, а на ночной опускаться до –220 °C. В последнем случае дневная половина планеты будет занята океаном лавы, а на ночной будет преобладать темный ландшафт из горных пород.

Из-за кипящих горных пород на дневной половине атмосфера планеты может быть разреженной. Ничего общего с нашим воздухом она иметь не будет, поскольку будет заполнена газом, образовавшимся при испарении горных пород. Когда на определенной высоте этот газ из твердых пород остынет и затвердеет, на поверхность обрушится град из булыжников. Тип булыжников будет зависеть от температуры, так как горные породы разного состава будут затвердевать на разной высоте. Весь процесс будет походить на работу гигантской ректификационной колонны — установки для выделения из сырой нефти различных компонентов за счет разницы в температурах конденсации. Вот только размером эта установка будет с планету. Брюс Фегли, специалист по химии планет из Вашингтонского университета, занимавшийся моделированием данного процесса, так описал его: «Вместо формирования водяных облаков с последующим выпадением капель воды в виде дождя вы получаете формирование “каменного облака”, из которого начинают сыпаться небольшие булыжники из горных пород разных типов». Таким образом, у CoRot-7 b, скорее всего, нет ни твердой поверхности, ни атмосферы с метеорологическими условиями, которые хотя бы даже отдаленно напоминали умеренные.

Через два года после объявления о CoRot-7 b свою первую каменистую планету обнаружил космический телескоп «Кеплер». Новый мир получил название Кеплер-10 b. При плотности, указывающей на землеподобные горные породы, он имел период обращения 20 часов. Два года спустя стало известно еще об одной тлеющей каменистой планете с периодом обращения всего лишь 8,5 часов — Кеплер-78 b. Обе они относились к классу планет, являющемуся подгруппой горячих суперземных (и меньшего размера) миров. По составу они походят на Землю, но их периоды обращения измеряются сутками, а их поверхность, представляющая собой, скорее всего, расплавленную вулканическую массу, не имеет ничего общего с ландшафтом нашей планеты. Несмотря на свою относительную немногочисленность, эти покрытые лавой миры вполне сгодились бы на роль ада в нашей Галактике. Однако миры земного типа далеко не единственные, чья отталкивающая чужеродность определяется необычным строением.

С самого начала наблюдения за Глизе 436 b астрономы столкнулись с той же проблемой, что и в случае с 55 Рака e: вычисленный ими радиус не подходил под значения массы, соответствующие известным типам вещества планетных недр. Планета находилась на расстоянии 33 световых лет в созвездии Лев, обращаясь вокруг звезды по короткой орбите с периодом 2,5 суток. Согласно данным наблюдений, ее масса превышала массу Нептуна на 30%, что соответствовало 23 массам Земли, а радиус почти совпадал с радиусом Нептуна, чуть не дотягивая до 4 радиусов нашей планеты. Таким образом, Глизе 436 b была слишком плотной для планеты с толстой водородно-гелиевой атмосферой, но недостаточно плотной для планеты с твердой оболочкой. Наиболее вероятной альтернативой казался горячий лед.

Как и в случае с гипотезой о наличии воды в составе 55 Рака e, сама мысль о том, что лед может существовать в условиях адского пекла на поверхности планеты, находящейся в 13 раз ближе к своей звезде, чем Меркурий к Солнцу (что соответствует 7% расстояния от Меркурия до Солнца), казалась по меньшей мере странной. Но при сжатии под высоким давлением, обеспечиваемым огромной массой планеты, могут образовываться необычные формы льда, которые остаются твердыми даже при температуре поверхности свыше 300 °C.

Чтобы получить количество льда, соответствующее ее большой массе, формирование Глизе 436 b должно было проходить за снеговой линией, после чего планета должна была переместиться во внутреннюю часть системы в результате миграции. При этом ее газовая оболочка должна была улетучиться под воздействием исходящего от звезды излучения. В итоге мы получаем планету с тонкой атмосферой вокруг ядра, состоящего изо льдов и горных пород. В еще одном варианте — со слоем не менее странной сверхкритической воды.

Но стоило только исследователям закрыть вопрос о природе Глизе 436 b, как появившиеся новые сведения заставили их вновь вернуться к нему. Повторный анализ данных о размере планеты показал, что Глизе 436 b на 20% больше, чем считалось ранее. При таком соотношении размера и массы ее уже можно было отнести к более привычному классу нептуноподобных газовых гигантов, окруженных толстой атмосферой.

На этом сюрпризы не закончились. Источником удивительной лазурной синевы Нептуна служит содержащийся в его атмосфере газ метан, молекула которого является результатом связывания атома углерода с четырьмя атомами водорода. Однако при наблюдении с помощью телескопа «Спитцер» в атмосфере планеты был зафиксирован монооксид углерода и очень небольшое количество метана. Это стало загадкой, так как считается, что в толстой атмосфере газового гиганта должно быть много водорода, из которого при взаимодействии с атомами углерода должен образовываться метан. Несмотря на присутствие кислорода, при обычных для такой атмосферы температурах углерод должен участвовать главным образом в образовании метана. Вместо этого на Глизе 436 b углерод взаимодействовал преимущественно с кислородом, из-за чего метана в атмосфере планеты обнаруживается в 7000 раз меньше прогнозируемого значения. Какова же причина?