Воображаемая жизнь

Трефил Джеймс

Gliese 1214 b: водный мир

По состоянию на сегодняшний день экзопланеты в большинстве своём были открыты при помощи космических телескопов — таких, как космический аппарат «Кеплер» (см. главу 11). Однако одна из самых изученных экзопланет, Gliese 1214 b, о которой мы упоминали в главе 8, была открыта в декабре 2009 года проектом MEarth. Это наземный массив из восьми идентичных телескопов, который следит примерно за 2000 звёзд из числа красных карликов в поисках прохождений планет.

Как отмечалось в предыдущей главе, присвоение имён экзопланетам — это странное дело. Оно начинается с указания звезды,

затем каждой из экзопланет вокруг неё присваивается буква в порядке открытия, причем буква A зарезервирована для самой звезды. Таким образом, Gliese 1214 b является первой планетой, обнаруженной на орбите 1214-й звезды по каталогу ближайших к нам звёзд, составленному Вильгельмом Глизе. (Возможно, вы помните, что в главе 12 мы обсуждали Gliese 876 d.)

Звёзды из числа красных карликов невелики — обычно их масса не превышает 30 процентов от массы нашего Солнца. Они составляют почти 40 процентов звёзд в нашей галактике и, следовательно, вполне могут быть самым распространённым типом светил, вокруг которых вращаются планеты. Для наших целей важнейшей особенностью красных карликов является то, что они проявляют значительную звёздную активность (солнечные пятна и солнечные бури), и потому время от времени купают свои планеты в интенсивных потоках ультрафиолетового и рентгеновского излучения.

Gliese 1214 находится примерно в 42 световых годах от Земли. Её масса достигает примерно одной шестой массы нашего Солнца, а температура поверхности составляет около 4900°F (2700°C). Возраст системы Gliese 1214 оценивается в 6 миллиардов лет, или примерно на 30 процентов старше нашей Солнечной системы.

Gliese 1214 b — суперземля с массой, примерно в 6,55 раз превышающей массу Земли. Однако её плотность составляет лишь около трети от плотности нашей планеты — ненамного больше плотности воды. Таким образом, у Gliese 1214 b, скорее всего, есть небольшое ядро из металла и камня, но мантия состоит в основном из воды, как у мира, который мы назвали Нептунией в главе 8.

Поскольку средняя плотность экзопланеты является таким важным показателем её структуры, стоит сделать небольшое отступление, чтобы объяснить, как её можно рассчитать. Радиус планеты (и, следовательно, её объём) можно определить по величине затемнения, наблюдаемого, когда планета проходит перед своей родительской звездой. Массу планеты можно определить, измерив, насколько сильно её гравитация притягивает звезду. Поскольку плотность — это просто масса, поделённая на объём, при помощи этих двух измерений мы можем рассчитать плотность планеты. Результат для Gliese 1214 b: плотность примерно в 1,87 раза больше, чем у воды.

Начав с внешнего слоя водного мира Gliese и двигаясь внутрь, вначале мы встретим воду в виде пара из-за высокой температуры поверхности планеты — она находится очень близко к своей звезде. На поверхности вода будет существовать в виде горячего кипящего океана, глубина которого может составлять, возможно, 70 миль (около 100 км) или более. На более глубоких уровнях, где давление ещё выше, как обсуждалось в главе 7, мы обнаружили бы воду в виде льда. Это даёт образ планеты, который чем-то напоминает луковицу с многочисленными слоями кожицы, в каждом из которых вода находится в фазе, отличной от соседних слоёв. Каждый слой также будет обладать уникальными химическими свойствами, а также собственным типом энергетики, химии и даже «океанографии».

Поскольку Gliese 1214 b состоит в основном из воды, она должна была образоваться достаточно далеко от своей центральной звезды, чтобы у неё была возможность удерживать воду, накопленную на этой стадии. То есть, планета

должна была образоваться за пределами того, что мы можем назвать снеговой линией звезды — за тем местом, где температура окружающей среды опускается ниже точки замерзания воды. В противном случае её жидкая вода и водяной пар были бы сдуты, как это случилось в ходе формирования планет земной группы в нашей системе, в том числе Земли. Однако по какой-то неизвестной причине Gliese 1214 b не превратилась в газового гиганта наподобие Юпитера или Сатурна. Вместо этого она, видимо, переместилась внутрь, на свою нынешнюю близкую к звезде орбиту, уже после того, как сформировалась.

Это означает, что на протяжении времени своего существования планета испытала огромные изменения количества звёздного света (энергии), который она получала от центральной звезды, а это, в свою очередь, подразумевает, что она пережила эволюцию климата в невиданных на Земле масштабах. Иными словами, атмосфера, которую мы видим сегодня на Gliese 1214 b, — это не та атмосфера, которая была там вначале.

Расчёты показывают, что температура поверхности Gliese 1214 b составляет от 250° до 540°F (от 120° до 280°C). Поскольку гравитация на её поверхности составляет около 90 процентов от земной, атмосфера удерживается на её поверхности так же, как атмосфера Земли удерживается на поверхности нашей планеты. Мы ожидаем, что на Gliese 1214 b будут бури и погодные явления, связанные с низким и высоким давлением. Наконец, анализ её спектра показывает, что у неё есть облачный покров по всей поверхности на очень большой высоте.

Есть ещё один вывод, который мы можем сделать на основании исследований Gliese 1214 b. При помощи наших современных косвенных методов обнаружить большие планеты, вращающиеся вблизи своей центральной звезды, значительно легче, чем маленькие планеты, вращающиеся вдали от неё. Таким образом, существование близкого к звезде водного мира вроде Gliese 1214 b предполагает, что вполне может существовать масса водных миров меньших размеров и более прохладных, расположенных дальше от своих звёзд. Миры, которые мы назвали Айсхейм и Новая Европа, могут быть примерами этой ещё не открытой группы планет. Их обнаружение требует более совершенных астрономических методов.

Kepler-10с: супер-суперземля

Примерно в 540 световых годах от нас, в созвездии Дракона находится система, в которой самая большая из известных землеподобных планет вращается вокруг очень похожей на наше Солнце звезды под названием Kepler-10 (так назван центр 10-й планетной системы, существование которой подтвердил спутник «Кеплер»).

Самый последний анализ показывает, что звезде и её системе около 10 миллиардов лет, или она примерно на 5,5 миллиарда лет старше нашей Солнечной системы. Уже одно это делает любые планеты вокруг Kepler-10 особенно интересными, потому что любые процессы, происходящие там, будь то физические, химические или биологические, должны были протекать на 5,5 миллиарда лет дольше, чем на Земле.

Первая планета, обнаруженная в этой системе, Kepler-10b, представляет собой мир расплавленной лавы, который вращается вокруг центральной звезды с периодом около 19 земных часов. Масса Kepler-10b в 3,7 раза превышает массу Земли, а её средняя плотность мало отличается от земной. Это говорит о том, что она состоит из металлов и скального материала, почти как Земля, и это относит её к категории суперземель, подобно планете, которую мы окрестили Здоровяком (см. главу 12). Как мы уже говорили, суперземли — достаточно обычное явление в галактике.