Знание - сила, 2007 № 05 (959)

Этот другой путь, указываемый теорией, называется «наращиванием ядра» (core-accretion). Сначала образуется некое малое скопление — что-то наподобие комка пыли, грязи и волос, который можно обнаружить, отодвинув диван в комнате. Особенность таких скоплений — в их больших размерах сравнительно с небольшой массой. Эти размеры позволяют сгустку все время захватывать новые и новые пылинки и тем самым непрерывно расти. Теория планетообразования исходит сегодня из предположения, что в протопланетном диске тоже образуются такие первичные «комки», или «ядра», но пока не может объяснить, как именно они образуются. Дело в том, что, будучи чуть более плотными, чем окружающий газ и пыль, они должны двигаться чуть быстрее, а это вызывает встречный «ветер», который стремится их разрушить. Как

они выживают, непонятно. Некоторые теоретики думают, что этому как- то помогают «водовороты», точнее, «газовороты» внутри диска, другие думают, что такой зародыш планеты образуется все-таки посредством небольшого «гравитационного коллапса», но, достигнув размера в несколько километров, перестает сжиматься и продолжает расти уже только за счет «наращивания», то есть притягивания к себе окружающего вещества.

Как показывают расчеты, примерно через 100 тысяч лет после образования диска, то есть почти одновременно с образованием звезды, в нем могут существовать триллионы (!) таких километровых зародышей, или, как их называют, планетезималей. Их так много, что они неизбежно должны сталкиваться друг с другом. Результат соударений зависит от расстояния до центральной звезды. Эта звезда разогревает диск, и даже на его окраинах температура поднимается до нескольких десятков градусов Кельвина. Поэтому на определенном расстоянии от звезды в диске возникают условия, когда молекулы воды, входящие в состав планетезималей, уже превращаются в лед, но вещества в этом месте еще достаточно много, чтобы планетезимали были довольно плотными. Такое расстояние называется «границей льда».

Это очень важная граница. Именно здесь образуются большие и достаточно плотные планетезимали, состоящие частично из слипшихся пылинок (то есть из камня), а частично — из льда. Такая неоднородная структура приводит к тому, что при столкновении друг с другом эти планетезимали не разлетаются, как разлетелись бы упругие каменные шары, а частично крошатся, частично слипаются друг с другом, точно два комка глины. В результате на «границе льда» возникают условия для быстрого роста планетезималей за счет столкновений и слипаний, и в конце концов в этом районе образуется несколько особенно удачливых планетезималей, которые достигают размеров в тысячи километров.

Теперь они уже способны притягивать к себе планетезимали поменьше, продолжают расти за счет такого притяжения, пока их масса не станет в 7—10 раз больше массы Земли. С этого момента, по расчетам, ядра начинают энергично притягивать к себе окружающий газ, каждое ядро быстро окутывается газовой оболочкой протяженностью в сотни тысяч километров, и вот уже перед нами — планета- гигант, что-то вроде Юпитера или Сатурна.

Однако теперь в ее биографии начинается новый этап борьбы за выживание. Дело в том, что движение такого гиганта по орбите, вдоль которой все еще сохраняются остатки газа и пыли, приводит к образованию волн вещества, которые тянутся за ним, как волны-«усы» за идущим в воде кораблем. Но поскольку весь диск как целое вдобавок еще вращается вокруг звезды, эти «усы» изгибаются, заворачиваются и создают две силы — одна толкает новорожденную планету внутрь диска, все ближе к звезде, другая, напротив, выталкивает ее в наружные слои, на периферию. Как правило, первая сила больше, и дело кончается тем, что планета по спирали падает на звезду и сгорает.

Возможно, так кончает свою жизнь большинство образующихся в дисках планет. Но поскольку астрономы уже обнаружили около двухсот существующих планет, это говорит, что некоторые все-таки выживают. Как это происходит, теоретики пока ответить не могут, но сам этот факт, а также численное обилие уже обнаруженных «выживших» планет говорят о распространенности планетообразования во Вселенной и дают астрономам достаточный материал для некоторых важных статистических выводов.

Вот основные из них. Во-первых, практически все открытые планеты — это «Юпитеры» по своим массам, размерам и строению (то есть газовые гиганты с большим твердым ядром внутри). Во-вторых, они четко делятся на два типа — «Горячие Юпитеры» и «Эксцентричные гиганты». Первые обращаются в тесном соседстве со своими звездами (много ближе, чем Меркурий от Солнца, то есть почти касаются огненной фотосферы звезды), совершают полный оборот вокруг звезды за считаные дни, а то и часы (!) и раскалены до нескольких тысяч градусов. Вторые имеют очень вытянутую («эксцентричную») орбиту, так что изредка приближаются к своим звездам, но большую часть времени находятся дальше от нее, чем самые далекие тела нашей Солнечной системы. Ни те, ни другие планетные системы не похожи, таким образом, на нашу. Но это не значит, будто ими исчерпываются все виды возможных планет во Вселенной. Ведь почти все эти планеты открыты методом «покачивания», а этот метод, увы, лучше всего приспособлен как раз для обнаружения планет с большими массами и малыми периодами обращения. Стало быть, существование малых, твердых, землеподобных планет отнюдь не исключено.

Определенные факты говорят в пользу существования таких планет. Одним из таких фактов является связь планетообразования около той или иной звезды с ее «металличностью», то есть с содержанием в ней тяжелых химических элементов («металлов»). Статистика уже открытых планет показывает, что вероятность обнаружения планеты около звезды с тем же содержанием металлов, что и в Солнце, составляет 5%, а у звезд с вдвое большей «металличностью» — уже 25%. Объяснение простое: повышенная «металличность» звезды говорит о том, что первичное облако, из которого она образовалась, содержало много металлов, то есть твердых частиц. А это, понятно, способствует образованию твердых планетных ядер. В таких облаках они образуются быстрее, а потому успевают затем притянуть к себе достаточное количество газа.

Другой статистический факт состоит в том, что у самых распространенных в нашей галактике звезд — красных карликов (масса которых меньше половины солнечной, а температура поверхности много ниже) — обнаружены самые малые из всех открытых доселе внесолнечных планет размером не с Юпитер и даже не Сатурн, а ближе к нашему Нептуну, который всего в несколько раз больше Земли. Это тоже понятно: облака, из которых образуются такие карлики, были изначально много меньше и рассеивались тоже быстрее, не оставляя поэтому ни времени, ни вещества для формирования «Юпитеров». Суммируя эти и другие факты, Лафлин, например, предсказывает, что типичная планетная семья в нашей галактике должна иметь в центре звезду типа красного карлика, вокруг которого в пределах до нескольких астрономических единиц обращается несколько землеподобных планет, а дальше — несколько нептуноподобных планет.