Знание-сила, 2004 № 07 (925)

В случае новооткрытых внесолнечных планет эта теория планетообразования резко противоречит наблюдаемым фактам и не может дать им объяснения. Эти загадочные факты требуют новых теоретических представлений.

Список наших загадок, в сущности, сводится к одному-единственному вопросу: почему?

Почему, как сформулировал калифорнийский астроном Дж. Лафлин, все найденные на данный момент внесолнечные планеты распадаются на три неравные по численности группы:

«горячие Юпитеры» — те газовые гиганты, которые вращаются почти рядом со своей звездой и чья поверхность из-за этого имеет температуру раз в десять выше, чем на Юпитере;

«эксцентрические гиганты» — те планеты-гиганты, что обращаются по очень вытянутым эллипсам;

«долгопериодические малоэксцентрические Юпитеро-Сатурны»?

В нашей галактике могут существовать сотни тысяч и даже миллионы планет.

Типично ли такое деление? Не означает ли оно, что наша Солнечная система — а с нею и земная жизнь — космическая редкость или даже уникум?

За те девять лет, что прошли со времени открытия первой внесолнечной планеты, этот вопрос получил множество различных объяснений. Как и в добрых старинных английских романах, судьбу планет-гигантов во многом определяют обстоятельства их рождения. А эти обстоятельства, в свою очередь, — предмет рассмотрения сразу двух конкурирующих теорий. В одной из них главным механизмом рождения планеты-гиганта объявляется постепенное, медленное приращение его твердого ядра, и поэтому она называется «теорией приращения», а во второй — неожиданно возникающая нестабильность газопылевого диска, из которого рождается планета, и потому эта теория коротко называется «теорией нестабильности».

По «теории приращения», система с газовыми гигантами вроде нашей Солнечной — это космическая редкость, а по «теории нестабильности», такие планетные системы, как Солнечная, являются типичным результатом одновременного интенсивного зведообразования. Понятно, что первый вывод уменьшает, а второй, напротив, подкрепляет надежду встретить в космосе другие планетные системы, подобные нашей, а в них — и другую жизнь.

Эти теории объясняют, однако, лишь появление внесолнечных планет третьей группы, которые Лафлин назвал «долгопериодическими малоэксцентрическими Юпитеро-Сатурнами». По этим теориям, такие планеты рождаются в центральной части газопылевого диска и должны вращаться, как и он, по круговой (или почти круговой) орбите в приличном отдалении от своей звезды. Откуда же тогда берутся гиганты, которые крутятся, как безумные, почти вплотную к своим звездам, разогреваясь в десятки раз сильнее Юпитера, или, напротив, уходят далеко-далеко по узким вытянутым эллипсам, похожим, скорее, на орбиты комет, а не планет?

По этому поводу тоже было выдвинуто много разных гипотез. Замечательная «Энциклопедия внесолнечных планет» перечисляет как минимум пять.

В любом случае, и это самое важное, гигантские протопланеты не остаются в том месте, где они образовались. Они начинают «мигрировать», то есть перемещаться по диску. Эта миграция может быть направленной внутрь диска или наружу, к его периферии. Она может также быть хаотической, когда несколько массивных планет совершают сложный гравитационный танец друг вокруг друга.

Конечные результаты всех этих миграций тоже могут быть самыми разными. В одних случаях планета оказывается вблизи своей звезды и становится «горячим Юпитером». Ее движение замедляется гравитационными приливными силами звезды. Постепенно тормозясь, планета может перейти на спиральную траекторию и в конечном счете упасть на звезду и сгореть в ее недрах. Впрочем, компьютерные модели показали, что есть и другая возможность: в некоторых благоприятных случаях приливные взаимодействия планеты и звезды могут надолго стабилизировать орбиту горячего Юпитера почти вплотную к звезде.

Кто знает, не являются ли горячие Юпитеры «типа 51-й Пегаса», замеченные земными телескопами, теми обреченными, которых астрономы обнаружили на последнем этапе их жизни в процессе падения на звезду? А может, это те горячие гиганты, которым удалось стабилизироваться на близкой орбите, те счастливчики, которым повезло? Может, и наш Юпитер — такой случайный счастливчик, а до него несколько других околосолнечных гигантов уже исчезли в солнечных недрах? Все эти гадания стали вдруг до жути осязаемыми, когда совсем недавно земные телескопы зарегистрировали, что прежде тусклая звезда в созвездии Единорога вдруг Трижды подряд вспыхнула в сотни тысяч раз ярче Солнца. По мнению астрономов, эти вспышки как раз и были результатом последовательного проглатывания звездой трех своих ближайших планет-гигантов (впрочем, в данном случае в результате «распухания» самой звезды).

Результаты хаотических блужданий гигантов в планетной системе могут быть не менее трагическими, даже если эти планеты не кончают жизнь в недрах своих звезд. В лучшем случае они существенно меняют место жительства, порой устраиваясь в конце концов довольно далеко от места рождения. Так, недавно в журнале «8с1епсе» были опубликованы результаты расчета астрономов Левисона и Морбиделли, которые показали, что наш Нептун родился значительно ближе к Солнцу, чем находится сейчас, и что его нынешнее положение — результат постепенной миграции наружу. Более того, те же расчеты приводят к выводу, что Нептун двигался на периферию Солнечной системы не в одиночестве, а толкая перед собой огромную массу твердых глыб, успевших образоваться рядом с ним, и эти глыбы, вытолкнутые за пределы орбиты нынешнего Плутона, образовали там нынешний «Пояс Койпера» (одним из ближайших представителей которого являются сам Плутон и его спутник Харон, а также недавно открытые астрономами 200 с лишним койперовских ледяных обломков; всего их, как считается, миллионы).

Ну, и наконец, гравитационные взаимодействия гигантских планет друг с другом могут привести не только к изменению орбиты и к значительному смещению планеты от места ее рождения, но даже — в самых резких случаях взаимодействия — к выбросу одной или нескольких новообразующихся планет из данной системы. И действительно, несколько лет назад астрономы открыли в космосе первые «планеты-сироты», блуждающие вдали от всяких звезд, не согреваемые их светом. Сегодня таких «одиноких планет» обнаружено уже довольно много, в основном в звездных скоплениях, и это говорит, что выброс планет из звездных систем отнюдь не является редким событием.

Моделируя далекое прошлое Вселенной и, в частности. Солнечной системы, астрофизики должны хорошо представлять себе; какие химические элементы они вправе выбрать, а какие нет. В 2003 году Кэтрин Лоддерс из Вашингтонского университета составила в помощь коллегам новую периодическую таблицу элементов — так называемую космохимическую систему элементов Солнечной системы, распределив их по частоте распространения и температуре конденсации.