ПЛАНЕТА OGLE-2005-BLG-390L b

Вика Воробьева

Сразу оговорюсь: то, что написано ниже, выражает мою личную точку зрения, но вовсе не является общепринятым или признанным наукой мнением. Реальные экзопланеты могут быть совершенно иными, чем мы можем себе вообразить по аналогии с нашей Солнечной системой. Однако некоторые выводы следуют из простых и естественных допущений, и мы можем опираться на эти выводы до тех пор, пока развитие наблюдательной техники не подтвердит или не опровергнет их прямыми наблюдениями экзопланет.

Итак, планета OGLE-2005-BLG-390L b была открыта в 2005 году в рамках проекта OGLE методом микролинзирования.
На данный момент Энциклопедия внесолнечных планет приводит следующие данные о планете и ее родительской звезде:
Расстояние до системы: 6500 пк.
Масса звезды: 0,22 массы Солнца.
Спектральный класс: М
Масса планеты: 0,017 масс Юпитера или 5,4 масс Земли.
Расстояние от планеты до звезды: 2,1 а.е.
Орбитальный период: около 3500 дней.
Достаточно ли этих данных для однозначной реконструкции облика планеты OGLE-2005-BLG-390L b? Нет, недостаточно. Нам неизвестна светимость звезды OGLE-2005-BLG-390L, нам неизвестна орбита планеты OGLE-2005-BLG-390L b, нам неизвестен химический состав протопланетной туманности, из которой образовалась планетная система OGLE-2005-BLG-390L. Однако можно сделать ряд правдоподобных допущений как о звезде, так и о планете, после которых такая реконструкция становится возможной.

Допущение первое. Звезда OGLE-2005-BLG-390L является звездой главной последовательности.
В принципе, она также может быть и гелиевым белым карликом, но это крайне маловероятно. Гелиевый белый карлик такой малой массы может образоваться из вырожденного гелиевого ядра маломассивной звезды главной последовательности, однако такие звезды еще не успели проэволюционировать за космологическое время.
Допущение второе. Орбита планеты OGLE-2005-BLG-390L b близка к круговой.
Это, конечно, весьма произвольное допущение. Эксцентриситеты орбит известных экзопланет меняются в самых широких пределах: от 0 до 0,9 (и даже выше!) Таким образом, планета OGLE-2005-BLG-390L b может иметь или более широкую орбиту и в момент наблюдения случайно оказаться вблизи перицентра (тогда она холоднее, чем была бы, находись она на круговой орбите), или иметь более тесную орбиту и случайно оказаться вблизи апоцентра (тогда она теплее).
Допущение третье. Состав протопланетной туманности, из которой образовалась планета OGLE-2005-BLG-390L b, близок к солнечному химическому составу.
В принципе, содержание тяжелых элементов в составе звезд диска Галактики может отличаться от солнечного в 2-3 раза, но обычно мало отличается от солнечного.

Итак, будучи звездой главной последовательности, звезда OGLE-2005-BLG-390L должна иметь температуру поверхности 3200К, радиус около 0,24 радиуса Солнца, спектральный класс М3-М4 и светимость около 0,008 солнечной. Тогда радиус эффективной земной орбиты в этой системе составит 0,09 а.е. На расстоянии 2,1 а.е. от звезды ее "солнечная постоянная" составит примерно 2,5 Вт/кв.м. Обладай планета нулевым альбедо, ее температура в подсолнечной точке достигла бы 81К. При гораздо более вероятном значении альбедо около 50% (это близко к альбедо планет-гигантов Солнечной системы) температура составит 68К. Планета OGLE-2005-BLG-390L b оказывается всего на несколько градусов теплее, чем малые гиганты Солнечной системы Уран и Нептун.
Каков может быть состав планеты OGLE-2005-BLG-390L b? Согласно Д.Ротери, если взять тонну солнечного вещества и охладить до температуры малых гигантов (60К), то получится примерно 984 кг газообразного водорода и гелия, 11 кг льдов (куда входит водяной лед, замерзшие метан, аммиак, угарный газ и сероводород), 4 кг камня (в основном силикатов) и чуть меньше одного кг металов (в основном никеля и железа). Масса планеты OGLE-2005-BLG-390L b слишком мала, чтобы эффективно захватывать водород из протопланетной туманности (согласно современным моделям планетогенеза, такой захват происходит при массе протопланеты примерно в 10 земных масс и выше). Следовательно, первоначальный состав OGLE-2005-BLG-390L b будет такой: льды - 11 кг, скальные породы - 4 кг и 1 кг железа и никеля на каждые 16 кг массы планеты.
Средняя плотность такой смеси оказывается равной примерно 1,25 г/куб.см. Учитывая, что, находясь в составе планеты, все эти вещества будут сильно сжаты, оценим среднюю плотность планеты OGLE-2005-BLG-390L b в 1,5-2 г/куб. см.
Вычислим радиус планеты OGLE-2005-BLG-390L b в зависимости от величины средней плотности. При средней плотности, равной 1,5 г/куб.см, радиус планеты составит 12 тыс. км . При средней плотности, равной 2 г/куб.см, радиус планеты составит 11 тыс. км. Как мы видим, изменение средней плотности довольно слабо сказывается на результате: радиус планеты OGLE-2005-BLG-390L b оказывается примерно в 2 раза больше радиуса Земли.
Вторая космическая скорость для планеты OGLE-2005-BLG-390L b составит примерно 19 км/сек. Это значит, что планета сможет удержать водород в своей атмосфере. При температуре 70К средняя скорость молекул водорода 777 м/сек, что гораздо меньше второй космической скорости. Даже если температура термосферы OGLE-2005-BLG-390L b составит 750 К аналогично температуре термосферы Нептуна, средняя скорость молекул водорода при такой температуре будет равной 2,5 км/сек, что в 7,6 раз меньше второй космической скорости.

Сравнительные размеры Урана, планеты OGLE-2005-BLG-390L b и Земли

Однако откуда возьмется водород в атмосфере OGLE-2005-BLG-390L b, если планета не сможет захватить его из протопланетного облака? При высоких температурах, сопровождающих образование планеты, метан может взаимодействовать с водой с образованием угарного газа и водорода, а молекулы аммиака могут диссоциировать на азот и водород. Водород всплывет вверх, формируя атмосферу OGLE-2005-BLG-390L b. Кроме водорода, в составе атмосферы могут быть также угарный газ, немного неона и других инертных газов, метан и азот.
Итак, эффективная температура OGLE-2005-BLG-390L b оказывается близкой к 70К. Она будет обладать мощной водородной атмосферой с различными примесями. Примесь метана на уровне нескольких процентов окрасит диск планеты в голубовато-бирюзовый цвет аналогично цвету Урана и Нептуна. Учитывая то, что местное солнышко тусклое и красноватое, получим, что диск планеты будет окрашен в зеленоватый цвет.
Основной слой облаков на Уране и Нептуне находится на уровне давления около 3 атмосфер и состоит из замерзшего сероводорода. Явно атмосфера OGLE-2005-BLG-390L b будет глубже уровня 3 атм., а значит, ничто не мешает ей также иметь сероводородные облака на том же уровне.
Нижняя граница сероводородных облаков расположена на уровне давления около 5 атмосфер (на Уране, Нептуне и, аналогично, OGLE-2005-BLG-390L b). Еще ниже (на уровне примерно 20 атмосфер и температуре 200-250К) расположены облака из гидросульфида аммония. Достигнет ли атмосфера OGLE-2005-BLG-390L b глубины в 20 атмосфер? Я думаю, да. Значит, мы имеем на ней и второй слой облаков. Температура в 300К достигается на уровне примерно 60 атмосфер на Уране и 70 атмосфер на Нептуне. Там расположены облака из водяного пара с растворенными в воде аммиаком, сероводородом и прочими примесями. Если глубина атмосферы OGLE-2005-BLG-390L b примерно такая, то у основания атмосферы будет глобальный океан, насыщенный солями и газами, комфортной для человека температуры.
При давлении у основания атмосферы меньше примерно 1 килобара (1000 атмосфер) температура воздуха по-прежнему остается ниже 647К (критическая точка воды, при более высокой температуре она может быть только газом). Это значит, при умеренной толщине атмосферы OGLE-2005-BLG-390L b на ее дне будет глобальный океан, более или менее горячий в зависимости от большей или меньшей толщины атмосферы. Этот океан будет плескаться в полной темноте, лишь изредка освещаемый вспышками молний:

Так видит горячий океан планеты OGLE-2005-BLG-390L b художник Алексей Корецкий

Источники:
Энциклопедия Внесолнечных планет о OGLE-2005-BLG-390L b
Discovery of OGLE 2005-BLG-390L b
Д.Ротери "Планеты", из-во Гранд-Фаир, Москва, 2005

планета OGLE-05-390L b

наверх

к оглавлению