 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
ТИПЫ ЭКЗОПЛАНЕТСразу 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, опираясь на аналогии в нашей Солнечной системе. 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.
Подавляющее большинство планет, открытых на данный момент, являются газовыми гигантами, аналогичными Юпитеру и Сатурну. Это значит, что их химический состав практически не отличим от звездного (т.е., что они состоят из водорода и гелия с небольшой примесью более тяжелых элементов) и что они не имеют твердой поверхности в привычном нам понимании. Радиус таких планет будет близок к радиусу Юпитера, даже если масса их будет превышать массу Юпитера в несколько раз. По-видимому, радиус Юпитера - некий естественный предел для газовых планет: при увеличении массы они не становятся больше, а становятся плотнее, сохраняя примерно один и тот же размер. Одна из самых маломассивных звезд главной последовательности, открытых на данный момент, имеет радиус, всего на 16% превышающий радиус Юпитера.
Исключением из этого правила являются так называемые "горячие юпитеры" - газовые гиганты, вращающиеся на расстоянии менее 0,1 а.е. от своей звезды. Разогретые близкой звездой до 1000К и выше, они расширяются и делаются менее плотными. Наблюдения "транзитов" (т.е. прохождений планеты по диску звезды) нескольких горячих юпитеров помогло определить их радиус и массу. Радиус "горячих юпитеров" оказался равен 1-1,3 радиусам Юпитера при массе, сравнимой с массой Юпитера или даже меньше.
Все газовые гиганты Солнечной системы быстро вращаются. Модели образования газовых гигантов также предсказывают их быстрое вращение. Поэтому естественно считать, что газовые гиганты у других звезд также будут быстро вращаться. Исключением опять таки будут планеты, близкие к своей звезде. Вращение "горячих юпитеров" должно быть сильно замедлено приливными силами. Если бы горячие юпитеры были бы твердыми телами, они были бы захвачены в резонанс 1:1, подобно Луне или галилеевым спутникам Юпитера, которые всегда повернуты к планете только одной стороной (это происходит, когда орбитальный период небесного тела и период вращения вокруг своей оси равны друг другу, отсюда название резонанса). Но горячие юпитеры - газо-жидкие тела. Даже если их недра приливно захвачены близкой звездой в резонанс 1:1, их атмосфера может вращаться быстрее недр подобно атмосфере Венеры (атмосфера Венеры делает один оборот за 4 дня, в то время как твердое тело планеты делает один оборот лишь за 243 дня). Такой эффект называется суперротацией. Суперротация выравнивает температуры на дневной и ночной поверхности планеты, делая ее равномерно раскаленной.
Альтернативная точка зрения состоит в том, что весь горячий юпитер жестко зафиксирован в резонансе 1:1 и повернут к звезде только одной стороной. Подсолнечная точка является самой горячей зоной на планете, газы разогреваются там до яркого свечения и, расширяясь, растекаются в стороны. На противоположной стороне планеты (с антисолнечной стороны) они, охлаждаясь, опускаются вниз, замыкая конвенкционную ячейку и формируя зону сплошной облачности. Согласно этой точке зрения на антисолнечной стороне горячего юпитера может быть довольно прохладно (вплоть до возникновения облаков из водяного пара). Лично я в этом сильно сомневаюсь и считаю горячие юпитеры раскаленными относительно равномерно.
Итак, газовые гиганты у других звезд должны быстро вращаться. Быстрое вращение вытягивает конвекционные ячейки в атмосфере планеты в длинные облачные ленты (зоны и пояса), делая диск планеты характерно полосатым. Оба газовых гиганта в Солнечной системе выглядят полосатыми, только на Сатурне контрастность полос приглушена надоблачной дымкой.
Видимая поверхность газовых гигантов - это верхушки облаков. При температурах, царящих на Юпитере и Сатурне, эти облака состоят из замерзшего аммиака. Чистый аммиак бесцветен, облака из него должны быть белыми, подобно облакам из водяного льда на Земле. Однако облака на Юпитере довольно ярко окрашены в желтые, красные, оранжевые, коричневые тона. Облака на Сатурне бледнее, но тоже имеют явно выраженную бежевую гамму. Эта окраска вызвана малыми примесями каких-то веществ, состав которых точно еще не известен. Предполагаются соединения серы и фосфора или органические соединения. Во всяком случае, по аналогии с Солнечной системой мы можем считать, что газовые гиганты, находящиеся достаточно далеко от своей звезды и имеющие температуру верхушек облаков -100, -180С будут окутаны облаками из аммиака, и иметь бежевую цветовую гамму. На этом сайте они называются "двойник Юпитера".
В Солнечной системе нет газовых гигантов, находящихся на расстоянии около 1 а.е. от Солнца, но у других звезд открыто немало таких планет. Как они будут выглядеть? По аналогии с Землей можно считать, что они будут окутаны облаками из водяного льда. Будет ли этот лед чистым? Если да, то планета будет белоснежной с синими промоинами прозрачного воздуха между облачными массивами. Если нет, то облака будут подкрашены примесями. В любом случае на расстоянии около 1 а.е. приливное влияние звезды будет еще слишком слабым, чтобы существенно замедлить вращение гиганта. Быстро вращаясь, он будет выглядеть полосатым аналогично Юпитеру и Сатурну. Такие планеты здесь называются "водными гигантами" (по составу облаков).
Планеты-гиганты, расположенные еще ближе к центральному светилу, будут слишком теплыми для образования облаков из водяного льда. Они могут быть окутаны облаками из серной кислоты аналогично облакам Венеры. Серная кислота бесцветна, и облака из нее белые, но они могут иметь желтоватый оттенок из-за примесей различных соединений серы. Такие планеты здесь называются "серные гиганты" - возможно, не вполне удачное название, но удачнее придумать не удалось.
Еще ближе к звезде расположены планеты, которые можно назвать "очень теплые юпитеры". Их атмосфера слишком горяча для образования облаков даже из серной кислоты, но вместе с тем недостаточно горяча, чтобы пылать багровым огнем "настоящих" горячих юпитеров. Есть точка зрения (например, ее придерживался John Whatmough, создатель сайта Extrasolar Visions), что атмосфера таких планет будет прозрачна на большую глубину, и из космоса они будут выглядеть ярко синими безо всяких деталей из-за релеевского рассеяния света. Я так не думаю. Мне кажется, мощное ультрафиолетовое излучение близкой звезды будет разрушать молекулы метана и аммиака, входящих в состав атмосферы "очень теплого юпитера", с образованием богатой гаммы органических соединений, формируя плотный черный смог подобно смогу в атмосфере Титана (другого состава, конечно). Тусклая черная дымка сделает диск "очень теплого юпитера" темно-серым и бесструктурным, подобным диску Урана или Титана.
До сих пор речь шла о массивных планетах, чья масса сравнима (или даже превышает) массу Юпитера. Однако на данный момент открыто несколько экзопланет с массами 14-35 масс Земли, которых по аналогии с малым гигантом Солнечной системы называют "горячими нептунами". Расчеты показывают, что химический состав горячих нептунов должен сильно отличаться от звездного. Мощное ультрафиолетовое излучение близкой звезды с энергией квантов больше 4,5 эв станет разрушать молекулы водорода, образующиеся атомы водорода будут убегать в межпланетное пространство. Вместе с тем гелий, одноатомная молекула которого устойчива к диссоциации и в 4 раза более массивна, чем атом водорода, останется и будет главной атмосферной составляющей горячего нептуна. Прозрачная гелиевая атмосфера будет замутнена органическим смогом аналогично атмосфере очень теплого юпитера.
На данный момент одна из самых легких экзопланет, открытых у "нормальной" (не нейтронной) звезды, имеет массу 7,3 масс Земли. Это Glieze 876 d. При такой массе и очень небольшом расстоянии от своей звезды планета не сможет удержать не только водород, но и гелий. Иначе говоря, она уже не будет газовой планетой. Glieze 876 d - массивная планета земного типа, или суперземля.
При средней плотности 6 г/куб. см, соответствующей массивной планете земного типа, диаметр Glieze 876 d должен примерно в 2 раза превышать диаметр Земли. Находясь очень близко от своей звезды (0,02 а.е. или 3 млн. км), планета должна быть захвачена приливными силами в резонанс 1:1, т.е. быть повернута к звезде только одной стороной. Однако это не означает, что одна половина планеты будет докрасна раскаленной, а другая погружена в вечную ледяную ночь. Суперротация плотной атмосферы приведет к выравниванию температурных контрастов между дневной и ночной стороной. Наличие такой плотной раскаленной атмосферы роднит Glieze 876 d с Венерой. На этом, однако, их сходство не заканчивается. Обладающая значительной массой, Glieze 876 d должна обладать мощной вулканической и тектонической активностью. Невидимая из космоса за плотными облаками, ее поверхность должна быть покрыта многочисленными трещинами, разломами и вулканическими кальдерами, через которые на поверхность вытекают потоки лавы. Возможно, кое-где эти потоки сливаются в настоящие лавовые моря. Атмосферное давление у поверхности планеты может достигать нескольких сотен атмосфер.В январе 2006 года при наблюдении событий микролинзирования в рамках проекта OGLE была открыта планета с массой 3-8 масс Земли (наиболее вероятное значение массы - 5,7 масс Земли). Эта планета вращается вокруг маломассивной звезды главной последовательности спектрального класса М на расстоянии 2,6 а.е. Низкая светимость звезды приводит к низкой эффективной температуре планеты (меньше 60К). Эта планета оказывается аналогом Урана и Нептуна в Солнечной системе - малым ледяным гигантом. Эффективная температура ледяных гигантов слишком низка для образования облаков из замерзшего аммиака. Их атмосфера состоит из водорода и гелия с примесью метана. Присутствие метана, поглощающего красные лучи, окрашивает диск ледяного гиганта в бирюзовый или глубокий синий цвет. На фоне зеленовато-синего диска планеты могут быть видны отдельные белые пятна облаков из замерзшего метана.
теплый юпитермощная гелиевая атмосфера, толстый слой органического смога аналог Урана и Нептуна в Солнечной системе. Атмосфера из водорода и гелия с примесью метана, температура поверхности 40-70К (-240 -210С). Синий или бирюзовый диск с редкими белыми пятнами облаков из замерзшего метана
