Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы! |
|
Исследование Солнечной Системы - Научные Статьи
| |||||
ПЛАНЕТЫ |
ПЛАНЕТЫ БЕЗ ЗВЕЗД
Древнегреческие астрономы видели объекты, движущиеся по ночному небу, и назвали их планетами, что означает «блуждающие [звезды]». В то время как настоящие звезды выглядели закрепленными на небосводе, планеты от ночи к ночи меняли свое положение. Позднее стало ясно, что они движутся вокруг Солнца.
С середины 1990-х годов астрономы стали находить планеты за пределами Солнечной системы. Теперь нам известно уже более полутысячи так называемых «экзопланет». До недавнего времени все эти миры обнаруживались рядом со звездами, что делало эти системы аналогами нашей Солнечной. Однако новые астрономические наблюдения позволили отыскать и нечто иное: блуждающие планеты, не обращающиеся вокруг звезд, а свободно летящие через Галактику. Оценки, основанные на полученных данных, свидетельствуют, что число планет в межзвездном пространстве может втрое превосходить количество звезд в Галактике, достигая ошеломляющей величины в 600 млрд свободно движущихся планет-изгоев, как их теперь стали называть. Новые исследования позволяют глубже проникнуть в тайну рождения всех планет. Группа под руководством астрофизика профессора Такахиро Суми (Takahiro Sumi) из Осакского университета (Япония) нашла в открытом космосе десять планет, которые, по-видимому, не связаны ни с одной звездой. Планеты были замечены в направлении центра нашей Галактики и все сравнимы по массе с Юпитером, а значит, являются газовыми гигантами (см. врезку «Кто есть кто в Галактике»).
Как засечь планету-изгоя
Поскольку сами по себе планеты света не испускают, их поиск представляет для астрономов непростую задачу. В прошлом экзопланеты регистрировались в основном благодаря гравитационному взаимодействию со своими звездами: оказываясь на разных участках орбиты, планета немного «сдвигает» звезду то в одну, то в другую сторону. Такой способ, естественно, не годится для обнаружения планет-изгоев, у которых нет звезд. Вместо него группа Суми использовала эффект гравитационного микро-линзирования. Он основан на том, что гравитация планеты действует подобно линзе и вызывает кратковременные повышения яркости далеких звезд, когда планета в своем движении оказывается в точности на линии, соединяющей Землю со звездой.
Такие события регистрировались с помощью телескопа MOA-II новозеландской обсерватории Маунт-Джон и с помощью телескопа Варшавского университета обсерватории Лас-Кампанас в Чили. О том, что найденные объекты достаточно малы, чтобы их можно было считать планетами, свидетельствует небольшая длительность события микролинзирования — чем оно короче, тем меньше масса объекта. Причина, ранее затруднявшая подобные наблюдения, — планеты, имея сравнительно небольшую массу, дают лишь кратковременный эффект микролинзирования, длящийся 1-2 дня, — для астрономов это совсем немного. Лишь недавно появились технологии, позволяющие такое отслеживать (см. врезку «Микролинзирование. Как засечь планету по искривлению света»),
Дополнительное преимущество метода, основанного на микролинзировании: он позволяет астрономам убедиться, что данная планета действительно одинока в космосе. Если бы любая из обнаруженных планет обращалась вокруг звезды по орбите размером до 10 а.е. (астрономических единиц — расстояний от Земли до Солнца), то гравитация звезды искажала бы микролинзовый сигнал. Ничего подобного не наблюдается.
Впрочем, к этим оценкам нужно пока относиться скептически. Как отмечают некоторые астрономы, для газового гиганта совершенно естественно находиться более чем в 10 а.е. от своей звезды. «Взгляните на нашу Солнечную систему. Нептун обращается в 30 а.е. — говорит доктор Саша Куанц (Sascha Р Quanz) из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе. — Я верю, что обнаружены планеты, но не убежден, что все они — свободно летящие». Но сколько бы планет-изгоев ни было обнаружено в действительности, вопрос о том, откуда они могли появиться, остается дискуссионным. Рождение изгоев
Существование свободно летящих планет давно предсказывалось теоретически, но при этом считалось, что они образуются примерно тем же путем, что и звезды, — из облаков газа в межзвездном пространстве, которые сжимаются под действием собственного гравитационного притяжения. Один из основных аргументов в пользу данного варианта заключался в следующем. Обычные планеты, как в нашей Солнечной системе, формируются, по сути, из мусора, оставшегося при образовании звезды, — газопылевого диска в ее экваториальной плоскости. Однако в ранних компьютерных моделях образования планет ни за что не удавалось объяснить, каким образом эти планеты могут выбрасываться из диска в открытый космос. Было также известно, что космические объекты, называемые «субкоричневыми карликами», которые тяжелее таких планет, как Юпитер, но легче звезд (см. врезку «Кто есть кто в Галактике»), в действительности образуются, как звезды. Нет ничего невозможного в том, чтобы свободно летящие планеты формировались бы тем же способом.
Но вскоре в усовершенствованных, благодаря более мощным компьютерам, численных моделях стали обнаруживаться сценарии, в которых по ходу формирования планет вокруг звезды между ними случаются тесные сближения, приводящие к тому, что один из молодых миров может быть выброшен из планетарной колыбели, словно пращой, в холодные и темные глубины космоса. Астрономы-наблюдатели тем временем стали находить у звезд экзопланеты на чрезвычайно удаленных орбитах. Такие планеты легко могли бы быть выброшены. «Планеты на удаленных орбитах слабо связаны с родительской звездой», — объясняет Филипп Лукас (Philip Lucas), астрофизик из Хартфордширского университета, специализирующийся на звездообразовании и экзопланетах. Теперь работа наблюдателей увенчалась открытием группой Суми планет-изгоев с массой, как у Юпитера. «Новооткрытые объекты могли бы в принципе рождаться и в протопланетных дисках возле молодых звезд, — говорит профессор Иоахим Вамбсгансс (Joachim Wambsganss), астроном из Гейдельбергского университета в Германии. — Некоторые из них впоследствии вышибаются со своих орбит либо в результате взаимодействия между планетами, либо из-за встречи с соседними звездами». Признаки жизни
Если планеты-изгои проводят свои ранние годы, купаясь в теплых лучах молодой звезды, то не исключено, что на некоторых из них еще до того, как они были выброшены из системы, могла возникнуть жизнь. И если так, то может ли эта жизнь сохраниться до наших дней в ходе путешествия сквозь межзвездную пустоту?
Часть планетологов считает это совершенно невозможным. Вдали от живительного тепла звезды поверхность блуждающей планеты вскоре станет негостеприимной ледяной пустыней. Однако другие ученые полагают, что планета может не остыть окончательно благодаря геотермальной энергии — остаточного тепла от ее образования и энергии, выделяющейся при распаде радиоактивных элементов. «Температура внутри Юпитера очень высока. В центре — 20 000 °С», — говорит профессор Дэвид Стивенсон (David Stevenson) из Калифорнийского технологического института (США). По пути от центра к поверхности температура падает до межпланетной. Но где-то между этими крайностями должна быть умеренная зона. «В атмосфере Юпитера и сейчас есть место, где температура такая же, как на поверхности Земли, и есть жидкая вода, — говорит Стивенсон. — Это несомненно». Проблемой, конечно, является отсутствие твердой поверхности — как на Юпитере, так и на подобных ему газовых гигантах, открытых Суми с коллегами. Однако Стивенсон не считает это непреодолимым препятствием для возникновения жизни. «Жизнь не обязательно должна на чем-то стоять», — говорит он. По словам Стивенсона, микроскопическая жизнь может, например, обитать на аэрозольных частицах в атмосфере газового гиганта. Другая возможность для существования жизни связана со спутниками, обращающимися вокруг юпитероподобной планеты-изгоя. «Блуждающие планеты вполне могут обладать спутниками, состоящими из смеси льда и камней, как у газовых гигантов Солнечной системы», — говорит Лукас. В самом деле, спутник Юпитера Европа сейчас рассматривается в качестве кандидата в обитаемые миры. Поверхность Европы полностью покрыта льдом. Но ее внутренности разогреты приливными деформациями, которые вызывает гравитация Юпитера и других его спутников, и это обеспечивает существование подповерхностного океана жидкой воды. Возможно, то же самое происходит и с лунами, которые обращаются вокруг планет-изгоев (см. «Есть ли жизнь на планетах-изгоях?»).
А что можно сказать о землеподобных каменистых планетах в межзвездном пространстве? Ведь если даже планета с массой Юпитера может быть выброшена из молодой планетной системы, это тем более может случиться с менее массивными «Землями». В действительности таких планет, блуждающих по межзвездному пространству, должно быть даже больше, чем огромных газовых гигантов.
Стивенсон считает, что такие планеты в некоторых случаях, также могут нести жизнь. Согласно его выкладкам, если атмосфера землеподобной планеты богата водородом (газом, который всегда в избытке присутствует в молодых планетных системах), то, возможно, поверхность планеты останется теплой за счет парникового эффекта. Он будет сохранять геотермальное тепло планетных недр. Только в отличие от земного парникового эффекта, который удерживает тепло, полученное поверхностью планеты от Солнца, в этом случае от рассеивания в космическом пространстве будет сохранено внутреннее тепло планетных недр. «Получается, что в этом случае поверхность планеты будет иметь температуру, близкую к земной, — говорит Стивенсон. — Покрывающая планету атмосфера служит изолирующим одеялом, в толще которого температура постепенно понижается с увеличением высоты».
Этот механизм, как полагают ученые, может обогревать планету практически вечно. Температура будет снижаться лишь по мере исчерпания запасов радиоактивных элементов. А это весьма длительный срок. Достаточно сказать, что период полураспада урана-238 составляет 4,5 млрд лет, а у самого долгоживущего из радионуклидов, тория-232, — 14 млрд лет. Эффект микролинзирования, использованный группой профессора Суми, уже применялся в прошлом для поиска больших, на порядок превосходящих по массе Землю, каменистых планет у других звезд. «Так можно находить и свободно летящие объекты такой же массы, — заверяет Куанц. — Но зарегистрировать их намного труднее (чем объекты с массой Юпитера), поскольку событие микролинзирования становится короче и слабее».
Ситуация может измениться уже в ближайшие десятилетия благодаря созданию Широкоугольного инфракрасного обзорного телескопа NASA (Wide Field Infrared Survey Telescope, WFIRST). Его предполагают подготовить к запуску в космос после 2020 года. Поднявшись над мутной дымкой нашей атмосферы, этот инструмент получит все возможности для наблюдения малозаметных событий микролинзирования, связанных с межзвездными планетами. От этого события можно ожидать невероятных открытий. Кто знает, вдруг небеса просто кишат независимыми землеподобными мирами? И тогда блуждающие в межзвездном пространстве планеты вряд ли можно будет считать такими уж одинокими. Авторы: ПОЛ ПАРСОНС, журнал
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|