Дмитрий Брашнов. Удивительная астрономия

   Сейчас астрономам известны пять карликовых планет, из которых лишь одна находится в Поясе астероидов, а остальные являются ТНО. Очевидно, что если искать другие карликовые планеты в Солнечной системе, то ими тоже окажутся транснептуновые объекты.
   Карликовой планетой из Пояса астероидов признается планетоид Церера, которая оказалась первой из открытых учеными карликовых планет. Ее обнаружил в 1801 году итальянский астроном Джузеппе Пьяцци, который назвал небесное тело в честь древнеримской богини плодородия, считавшейся покровительницей его родной Италии. Два столетия объект относился к астероидам, поскольку находится между орбитами Марса и Юпитера, на расстоянии 2,8 астрономической единицы от Солнца.
   Современные исследования показывают, что астероиды – это уродливые, неправильной формы глыбы, тогда как Церера достаточно велика, чтобы поддерживать форму, близкую к шарообразной. Планета напоминает окаменевшее яйцо, достигающее в длину 975 километров. При таких размерах масса Цереры весьма невелика, она составляет лишь 1,3 % массы Луны. Соответственно, и сила притяжения на поверхности карликовой планеты ничтожна. Когда здесь высадятся космонавты, они почувствуют себя в 36 раз легче, чем на Земле.
   Карликовые планеты и транснептуновые объекты являются одними из самых загадочных тел в Галактике по причине своих малых размеров. За этими объектами трудно следить, они почти не поддаются изучению. Помимо ничтожных размеров, есть и другая причина, по которой ученым сложно изучить мир малых планет. Эта причина – расстояние и причудливая орбита. Большие планеты по отношению друг к другу расположены кучно, их орбиты имеют почти круглую форму и лежат в одной плоскости. Орбиты малых и карликовых планет имеют форму овала (эллипса) и порой наклонены к плоскости больших планет.
   Но даже если ученым удастся преодолеть это препятствие и вычислить идеально точный маршрут для автоматической станции, потребуется немалый срок, чтобы добраться до какого-нибудь из этих объектов. Большинство малых и карликовых планет удалены от нас на чудовищное расстояние. Например:
   – до Цереры (расстояние 413,7 млн км) лететь 10 месяцев;
   – до Плутона (5906,4 млн км) – 10 лет;
   – до Эриды (10,2 млрд км) – примерно 20 лет.
 
   Таблица 1
   Некоторые малые и карликовые планеты Солнечной системы

   Карликовые и малые планеты за пределами Солнечной системы и вовсе неизвестны. Каковы они там? Удобны ли они для колонизации? Пригодны ли для жизни? На эти вопросы наука пока не знает ответа, потому что легче всего обнаружить и исследовать исполинские экзопланеты.

Планеты-гиганты

   Гиганты на сегодня являются самыми исследованными обитателями «вселенского зверинца». Гигантом является ближайшая к Земле экзопланета, которая обращается вокруг оранжевой звезды Эпсилон Эридана, что в 10,5 светового года от Солнечной системы. По массе этот объект в полтора раза превосходит Юпитер и имеет орбиту с радиусом в 3,4 астрономической единицы (510 млн км). Самая далекая из известных экзопланет – MOA-2008-BLG-310Lb, лежащая в 23 807 световых годах от нас, тоже относится к гигантам. Она весит чуть меньше Сатурна.
   Впрочем, это не дает экзопланетам привилегий, так что ни одна из них пока не носит «нормального» имени. В названиях экзопланет записывается имя или номер звезды-«хозяйки», а затем ставится строчная латинская буква. Если планета обнаружена у этой звезды впервые, то пишется буква b. При открытии новых объектов в этой планетной системе им присваиваются по порядку буквы c, d и т. д.
   Скажем, такое название, как OGLE-2006-BLG109Lс, можно расшифровать следующим образом: это планета, которая была открыта второй по счету у звезды из каталога небесных светил OGLE. Заглянув в каталог, несложно узнать, что звезда-«хозяйка» находится в созвездии Стрельца на расстоянии 4900 световых лет от нас. К слову, приведенная в качестве примера планета тоже является гигантом, она достигает по весу 75 % массы Сатурна.
   Всех космических исполинов условно можно разбить на две группы – «газовые гиганты» и «ледяные великаны». К газовым гигантам относятся сверхмассивные планеты, которые образованы в основном водородом и гелием. Водород и гелий замерзают лишь при очень низких температурах, которые нечасто встречаются даже в глубинах космоса. Поэтому на таких планетах водород и гелий образуют густую атмосферу, которая с глубиной сгущается, постепенно превращаясь в сплошной океан. Этот океан вязкой массой обволакивает твердое центральное ядро, в котором из-за высоких давлений водород превратился в металл, подобный железу. В Солнечной системе есть две такие планеты: Юпитер и Сатурн.
   Ледяные великаны чуть менее массивны, хотя они тоже гораздо крупнее Земли. Их название означает, что они сложены главным образом из более тяжелых веществ, чем водород и гелий, а точнее – из воды, метана, аммиака и тому подобных соединений, которые способны образовывать лед на поверхности этих планет. В пределах Солнечной системы к ледяным великанам относятся две самые далекие из больших планет – Уран и Нептун.
   О свойствах исполинских экзопланет астрономы судят в основном по этой четверке гигантов из нашей планетной системы. Однако сделать правильные выводы не всегда удается. Дело в том, что в Галактике очень часто встречаются совершенно особенные, не известные в Солнечной системе гиганты, которые находятся слишком близко к звезде-«хозяйке». Напомним, что такие планеты астрономы назвали «горячими юпитерами»: эти гиганты велики, как Юпитер, но гораздо горячее его из-за близкого положения к светилу.
   Любопытно, что горячие юпитеры всегда повернуты к своей звезде только одним полушарием. Видимо, на нем царит адская жара, тогда как второе полушарие – зона мрака и холода. По всей вероятности, это заметно влияет на погоду, в том числе на формирование полос облачности. Каждый, кто видел Юпитер, замечал на нем около 20 цветных полосок. Это пояса облачности, сложенные атмосферными потоками, облаками и мощными грозовыми тучами. На горячих юпитерах число таких полос будет очень мало, нередко около трех. Зато облачные пояса здесь окажутся невероятно широкими.
 
   Таблица 2
   Планеты-гиганты Солнечной системы

   С полной уверенностью можно сказать лишь то, что у большинства планет-гигантов удастся обнаружить кольца. Хотя люди даже в телескопы долгое время видели кольца только у Сатурна, на самом деле, как показали космические фотографии и специальные наблюдения, «окольцованы» все четыре гиганта Солнечной системы.

   Пояса облачности на Юпитере
 
   Каждое кольцо представляет собой скопление космического мусора, то есть мелких астероидов, метеороидов и пыли. После Сатурна следующим по мощности и окраске колец идет Уран. Нептун и Юпитер обладают слабенькими, тонкими колечками, которые не удалось бы рассмотреть без помощи автоматических межпланетных станций.
   Другой факт, который заранее известен науке о гигантских экзопланетах, касается наличия у них спутников. Все гиганты солнечной системы обладают многочисленной «свитой», причем некоторые из этих сателлитов настолько велики по размерам, что сопоставимы с планетами земной группы – Меркурием и Марсом. Столь внушительные спутники принято называть планемо (сокращение от англ. planetary mass object – «объект планетарной массы»). Рассказ о них – в одной из следующих глав.
   Весьма редкими среди гигантских экзопланет Галактики являются «очень горячие юпитеры». Радиус их орбиты невероятно мал; такие объекты находятся ближе к своим звездам, чем Меркурий к Солнцу. Изза этого у подобных планет отсутствуют верхние слои атмосферы: газ просто снесен потоком звездного излучения. Типичный представитель группы – OGLETR-56b. Расстояние между планетой и ее звездой (желтым карликом, как и Солнце) составляет всего 6000 км. Почти столько же отделяет Москву от Владивостока. Неудивительно, что гигантская планета крутится с невероятной скоростью, здесь один год проходит за день: полный оборот совершается за 29 часов.

   Астрономы предполагают наличие в Галактике совершенно особых планет, названных хтоническими. Хтоническая планета представляет собой бывший горячий юпитер, который полностью лишился газовых оболочек, так что от всей планеты уцелело лишь твердое ядро. Некоторые особенности Земли указывают на то, что она в далеком прошлом могла быть газовым гигантом. То есть мы сегодня живем на поверхности ядра исчезнувшего юпитера.

   Наряду с горячими юпитерами астрономам известны и горячие нептуны, то есть гигантские планеты, по размерам похожие на Нептун, но при этом расположенные слишком близко к своей звезде (гораздо ближе 1 астрономической единицы) и поэтому нагретые до 600 °C и более. Таких экзопланет в Галактике должно быть немало.
   Исследования показали, что две планеты вокруг оранжевой звезды HD 69830 скорее всего являются горячими нептунами. Есть предположение, что и третья планета из системы HD 69830 тоже относится к этому типу больших планет. Первые две, которые не вызывают сомнений, обладают массами в 10,5 и 12 раз большими, чем масса земного шара. Для сравнения: Нептун в 17, а Уран в 14 раз тяжелее Земли. Система удалена на 41 световой год от нашей.
   Список других известных на сегодня горячих нептунов включает в себя экзопланету Gliese 436b. Находящаяся на расстоянии всего 4,5 млн км от своей звезды, она по весу достигает 7 % массы Юпитера, то есть весит в 22 раза больше Земли. Ее звезда – красный карлик – в 33 световых годах от нас, наблюдаемый в созвездии Льва.

   Горячий гигант проходит по диску своей звезды
 
   Другой наиболее вероятный претендент на звание горячего нептуна – экзопланета HAT-P-11b, поименованная так в честь системы телескопов HATNet, с помощью которых ее обнаружили. Масса экзопланеты в 25 раз превосходит земную. Объект находится в 8 млн км от своей звезды, вокруг которой совершает полный оборот за 118 часов. То есть Новый год на такой планете пришлось бы отмечать через каждые 5 дней. Звезда HAT-P-11 лежит в 119 световых годах от нас в созвездии Лебедя.
   Происхождение горячих гигантов остается загадкой для науки. Почему плотный поток излучения (в том числе теплового) от звезды не разрушил этих газовых великанов? Ответа пока нет. Астрономы предполагают, что массивные экзопланеты сформировались на большом расстоянии от своих звезд, подобно планетам-гигантам в Солнечной системе, а затем по неизвестным причинам приблизились к своему светилу, перейдя на современные орбиты.
   Орбита не является надежно проложенным «монорельсом», это воображаемая линия, и она способна претерпевать серьезные превращения с ходом времени. В Солнечной системе крайне нестабильной орбитой обладает Плутон. В течение ближайших 10 миллионов лет он будет двигаться более или менее спокойно, не отклоняясь от известной астрономам траектории. Но затем сменит орбиту. Подобные смены орбит происходят у него каждые 10–20 миллионов лет. Возможно, что с горячими гигантами когда-то произошло нечто подобное.

В лучах «железной» звезды

   «Железные» звезды были открыты, что называется, «на кончике пера». Так говорят в тех случаях, когда какое-то природное явление сначала предсказывают и только потом обнаруживают в ходе космических исследований. Существование таких объектов предсказал в 1931 году выдающийся отечественный физик Лев Ландау (1908–1968), а затем его гипотезу развил академик Виталий Гинзбург (1916–2009).
   Эти ученые вычислили, какие превращения станет претерпевать сверхмассивная звезда, если начнет сжиматься под действием собственной тяжести. Звездное вещество сожмется в настолько тесный и плотный комок, что в его сердцевине атомы переродятся в «кашицу» из тяжелых частиц – нейтронов. Поэтому в солидных научных трудах «железную звезду» называют также «нейтронной».
   Понадобилось 30 лет, чтобы астрономы смогли обнаружить нейтронные звезды и лучше изучить их природу. Английская студентка Джоселин Белл в 1967 году проводила изучение радиосигналов, которые испускает центр Галактики, и обнаружила среди них нечто, похожее на радиопередачу инопланетной цивилизации. Сигнал представлял собой череду импульсов, повторяющихся с интервалом в 1300 миллисекунд, словно где-то глубоко в космосе работал мощный радиомаяк. Неужели с Землей пытаются связаться братья по разуму? Объекту присвоили номер LGM1 (от английского Little Green Men № 1 – «объект № 1 маленьких зеленых человечков»).
   Дальнейшие исследования показали, что инопланетяне тут совершенно ни при чем. Сигнал имел природное происхождение, его испускал некий неизвестный астрономам темный объект, который решено было назвать пульсаром, то есть пульсирующей звездой. Тогда-то и обнаружилось, что пульсары представляют собой нейтронные звезды Ландау – Гинзбурга.
   Откуда берутся в космосе пульсары? Пока в недрах нормальной звезды протекают термоядерные реакции, светило буквально распирает поток лучистой энергии: звезда испускает в мировое пространство свет, тепло и массу частиц. Но рано или поздно запасы водорода и гелия в ядре заканчиваются, и синтез начинает затухать. Звезда выделяет все меньше энергии, так что ее газовые оболочки уже ничто не распирает изнутри. Звездное вещество резко сжимается, вызывая грандиозный космический взрыв. Вспышка от этого взрыва настолько сильна, что затмевает собой свечение целой Галактики. Нередко после такого взрыва остается газовая туманность.