12 ноября 2019, вторник, 21:31
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.Дзен

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

О поисках жизни на планетанах

Сравнение планет системы Кеплер-62 и планет внутренней области Солнечной системы
Сравнение планет системы Кеплер-62 и планет внутренней области Солнечной системы
NASA/Ames/JPL-Caltech

Там всегда темно, только молнии освещают океанские волны. Воды там так глубоки, что по сравнению с их глубиной Марианская впадина покажется мелью. Если в этих водах вдруг возникнет жизнь, а потом появятся рыбы, они никогда не выберутся на сушу. Потому что там нет никакой суши.

Таких планет нет в Солнечной системе. В принципе, возможно, что их нет вообще, но известный планетолог Леонид Ксанфомалити из Института космических исследований, считает, что они есть, они должны быть, и их надо искать. Он их называет планетаны – планеты-океаны. Ниже мы приводим краткий обзор лекции, прочитанной недавно Леонидом Васильевичем на семинаре в Государственном астрономическом институте им. Штернберга, посвященной этим экзотическим мирам, так похожим на знаменитый Солярис.

Поиски экзопланет только начаты

Сегодня астрономы пользуются двумя способами поиска экзопланет. Их можно искать, измеряя лучевую скорость звезды, которая будет меняться при ее взаимодействии с планетами. Этот метод довольно сложен. Он используется только на больших наземных телескопах и в основном для маломассивных звезд, которые острей реагируют на гравитационное воздействие.

Большее применение нашел второй способ, когда наличие экзопланеты определяют по так называемому «транзиту» – ее проходу перед диском звезды. В этот момент яркость звезды немного падает – в разных случаях от промилле (десятые доли процента) до 2-3% – и по этому провалу яркости можно судить о массе планеты, ее орбитальных характеристиках и размерах. Обе космические обсерватории НАСА, предназначенные для поиска экзопланет – CoRoT (2007-2009) и знаменитый «Кеплер», занятый охотой за экзопланетами с 2009 года, – с самого начала были нацелены на отслеживание транзитов.

Главной целью всех этих поисков, начатых в 1995 году, были планеты земного типа, где хотя бы в принципе могла зародиться жизнь. Поначалу, правда, удавалось обнаруживать лишь гигантские планеты на низких орбитах, но техника поиска быстро развивалась, и уже к 2005 году в списке находок стали появляться планеты, близкие к массе Нептуна, т.е. с массой около 25 масс Земли. Космические обсерватории чрезвычайно расширили этот список, в частности, дополнив его большим количеством «горячих земель» с массой от менее земной до 5-6 масс Земли – правда, все они, за очень редкими исключениями, находятся на очень низких орбитах и разогреты своими звездами настолько, что о жизни на них говорить не приходится.

Ксанфомалити приводит данные по 2300 кандидатам в экзопланеты, найденным «Кеплером» на начало прошлого года. По размерам они распределяются так: околоземные размеры – 207 объектов; суперземли (5-10 земных масс) – 680; «нептуны» – 1181; «юпитеры» – 203; объекты больше Юпитера – 27.

Это распределение мало говорит о реальном положении дел – подавляющее преимущество крупных экзопланет объясняется возможностями существующей техники. Ксанфомалити напоминает, что, по оценкам, значительную часть всех экзопланет должны составлять маломассивные планеты на высоких орбитах. Сегодня их поиск чрезвычайно затруднен, но именно они являются главной целью. Именно там могут быть условия, благоприятные для зарождения жизни. И среди них, даже, может быть, помимо них, средоточием жизни могут оказаться планеты-океаны.

Планетаны приходят в центр из провинций

У планет есть критический параметр, граница массы, превысив которую, планета начинает притягивать из космоса водород и гелий, и, в конце концов, получает возможность превратиться в газового гиганта. Любая планета, не достигшая этого предела, не в состоянии удержать даже те водород и гелий, которые у нее есть, и становится суперземлей.

Планетаны – что-то вроде промежуточного варианта. Они рождаются на высоких орбитах, за так называемой границей снега и льда, то есть там, где настолько холодно, что вода даже в принципе не может выйти из замороженного состояния и потому не улетучивается из крупных объектов, а, наоборот, накапливается в них. Примерно половину их массы составляет вода. Если под воздействием гравитационных возмущений они начинают мигрировать к звезде, и лед тает – вся поверхность планеты покрывается глубоким слоем воды.

Можно было бы сказать, что планеты-океаны есть и в окрестностях Солнца – тот же Нептун, наполовину состоящий из водяного льда, те же спутники Юпитера, например, Европа, где под десятками километров льда скрываются океаны, – и это даже соответствует первому определению планеты-океана, предложенному в начале века Дэвидом Стивенсоном из Калифорнийского технологического института. Это, можно сказать, протопланетаны, которым планетанами стать никогда не суждено, и которые не соответствуют параметрам, предложенным для планетанов Леонидом Ксанфомалити.

Во-первых, спутники – это не планеты, и хотя во многих случаях различие здесь может показаться чисто терминологическим, они никогда не смогут мигрировать ближе к Солнцу, чтобы расплавить свои ледяные щиты. Это относится и к Нептуну: он тоже не попадет в «обитаемую зону», но даже и больше – по формуле Ксанфомалити, от «нептуна» планетан радикально отличается тем, что в силу своей малости не способен удержать водородно-гелиевую атмосферу, его масса должна составлять менее 6-9 масс Земли.

Что же такое планетан?

Состав этих планет подобен усредненному составу комет (силикаты и вода, примерно в равных соотношениях и небольшое количество NH3 и CO2), они, как уже говорилось, образовались за линией льда и снега, потом мигрировали внутрь. В этом их существенное отличие от планет группы Земли, возникших путем захвата планетезималей и не подвергшихся значительной миграции.

Планетаны должны обладать сравнительно массивным силикатным ядром, протяженной ледяной мантией и глубоким океаном. Глубина его зависит от многих причин, в частности, от температуры и давления. По расчетам, при семи градусах Цельсия на поверхности она составит 72 км, при 30 градусах достигнет 133 км. Но это только главные факторы, существует много других и, по словам Ксанфомалити, реальная ситуация может оказаться намного сложней.

Атмосфера планетана, находящегося в «обитаемой зоне», должна состоять в основном из водяного пара с высоким давлением. Его, как правило, должен покрывать плотный облачный слой из водяного пара с аэрозолями, состав которых зависит от многих причин – например, от типа звезды и от альбедо планеты – отражающей способности ее атмосферы. В любом случае, парниковый эффект не должен нагревать океанскую воду выше критической температуры в 647 К, когда она превращается в перегретый пар, и планетан перестает быть таковым.

Атмосфера там бурлит. По словам Ксанфомалити, насыщенный водяной пар даже при относительно небольших изменениях температуры приводит к большим перепадам давления, а, значит, и к «значительным эффектам в суперротации атмосферы планеты». И, скорее всего, там по ночам идут жуткие ливни – на ночной стороне планеты, утверждает Леонид Васильевич, должна иметься обширная зона пониженного давления, где происходит конденсация водяного пара.

А был ли мальчик?

Астрономами найдены всего несколько кандидатов в планетаны, большинству из них Ксанфомалити отказывает в таком качестве. Первым из них, найденным телескопом «Кеплер», была очень интересная планета Кеплер-22 b. Эта планета находится в «зоне обитаемости», большая полуось ее орбиты составляет 0,85 астрономических единиц, то есть она чуть-чуть ближе к своему солнцу (более холодному), чем Земля, а орбитальный период тоже похож на наш год – 289,9 суток. Да и температуры у нее, по расчетам, могут быть примерно такие же, как на Земле (хотя на самом деле, напоминает Ксанфомалити, все зависит от альбедо планеты, которое астрономы пока определять не умеют).

Все остальные характеристики определены много хуже – масса гуляет в невозможных размерах, вплоть до 124 масс Земли, модели атмосферы и структуры планеты тоже очень сильно разнятся, то же самое относится к относительному содержанию в планете воды и скальных пород, отсюда следует вывод: «Отнести Кеплер-22 b к планетанам на основании только имеющихся экспериментальных данных пока невозможно».

Транзиты экзопланеты Кеплер-22 b. Верхний массив точек – фотометрические данные вне транзита, нижний – наложение данных за несколько транзитов. Цена деления по шкале яркости 0.0001, по шкале времени – 1 час. (Endl, 2012)

То же самое относится и к последнему кандидату в планетаны, открытому совсем недавно, в 2009 году. Тогда гарвардский профессор астрофизики Дэвид Шарбонно, к тому времени уже очень известный охотник за экзопланетами, предложил другой способ их обнаруживать – с помощью системы из восьми небольших наземных телескопов. Он в том же году начал искать транзиты у относительно близких к нам, очень холодных и очень небольших звезд, и очень скоро нашел таким способом планету, которую зачислил в планеты-океаны.

Эта планета (GJ 1214b) крутится с периодом обращения в 1,58 суток вокруг старой карликовой звезды, очень маленькой и с очень низкой светимостью (всего 0,3% от солнечной). Посчитано, что при размере в почти три земных радиуса, ускорение свободного падения у этой планеты составляет 0,91 земного, а ее средняя плотность – 1.87 г/см3. При таких параметрах она должна на три четверти состоять из воды и иметь небольшое ядро из 22% кремния и 3% железа. Ксаннфомалити утверждает, что планетаном GJ 1214b быть не может ни в коем случае, потому что при таких характеристиках температуры у поверхности будут слишком высокими, и вода неизбежно превратится в перегретый пар. Больше того, по его мнению, найденные характеристики больше подходят не к глобальному океану, пусть даже и перегретому, а к наличию плотной атмосферы вокруг планеты протяженностью до 7500 км, которая и создала впечатление ее чрезмерно большого диаметра.

Положение термодинамических параметров планетана GL 581g при болометрическом альбедо 0.86 и вероятный типичный вид его поверхности

Куда благожелательнее Ксанфомалити смотрит на знаменитую Глизе с индексом g, Gl 581g, о которой с увлечением говорили пару лет назад средства массовой информации, именно ее он считает самым вероятным кандидатом в планетаны. Она обращается вокруг старого красного карлика со слабой светимостью и находится как раз в середине «обитаемой зоны», хотя ее год составляет всего 36,6 суток, а орбита в два с половиной раза ниже, чем орбита Меркурия. Как всегда, альбедо планеты неизвестно, и это не дает возможности с достоверностью оценить температуру на ее поверхности, но наиболее приемлемые значения, по мнению Ксанфомалити, говорят о том, что у поверхности такого океана температура будет достигать 270-390 К (т..е. 0-120 градусов Цельсия) при давлении около 2 Мпа, а атмосфера будет не просто насыщена водяным паром, а фактически состоять из него.

Есть ли жизнь на планетанах?

Вопрос, что называется, интересный, и Ксанфомалити формулирует ответ так: «Планетаны могут быть мирами, в которых существует жизнь». Высокий парниковый эффект и вследствие этого высокие температуры океанической среды планетанов непригодны для земной жизни на основе аминокислот. Ксанфомалити, однако, не исключает, что и в условиях среды с высокой температурой может возникнуть какая-то совершенно непонятая сегодня жизнь, и полагает, что шансы обнаружить обитаемый планетан достаточно реальны.

Сразу два новых планетана?

Пока этот текст готовился к публикации, группа астрономов из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики совместно с Институтом астрономии им. Макса Планка добавила работы Леониду Ксанфомалити – они сообщили о планетной системе, в состав которой входят сразу две планеты-океана. Статья об этом открытии принята к публикации в журнале The Astrophysical Journal.

Эти планеты вращаются вокруг звезды Kepler-62, которая подобна нашему Солнцу, но несколько легче и холодней. Периоды их обращения составляют соответственно 122 суток для Kepler-62e и 267 суток для Kepler-62f. Первая на 60% крупней Земли, вторая – на 40%. Массы планет измерить не удалось, однако астрономы предполагают, что они состоят в основном из скал и воды.

Компьютерное моделирование показало, что более теплая из них планета, Kepler-62e, покрыта несколько более плотной облачностью, чем Земля. Сложнее с Kepler-62f – для того, чтобы нагреть ее океан, в ее атмосфере должно быть много двуокиси углерода, чтобы создать необходимый парниковый эффект. В противном случае эта планета будет похожа на снежок, покрытый льдом.

По словам одного из участников исследования, гарвардского астронома Димитара Сасселова, у Kepler-62e «густая облачность, там везде, вплоть до полюсов жарко и очень сыро. И хотя вторая планета Kepler-62f холодней, на ней тоже есть условия, благоприятные для возникновения жизни».

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ Марс Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Титан Юпитер акустика антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты климатология клонирование комета кометы компаративистика космос культура лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина металлургия метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность собаки сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство цифровизация школа экология электрохимия эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса глобальное потепление грипп информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии климатические изменения компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция физическая антропология финансовый рынок черные дыры эволюция эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2019.