Найдена уже пятая за неделю «супер-Земля», которая и близко не походит ни на одну из планет Солнечной системы. Это то ли баня, то ли дымящаяся скала. Ответ на этот вопрос поищет «Хаббл».
Ученые все ближе подбираются к открытию планет, похожих на нашу собственную. Всего пару дней назад две независимые исследовательские группы сообщили об открытии шести объектов планетарных масс рядом с соседними звездами, очень напоминающими Солнце. Четыре планеты из этой шестерки – настоящие «супер-Земли», то есть объекты, которые всего в несколько раз больше колыбели человечества. Одна из них всего в пять раз тяжелее Земли, другая – в 7,5, еще две – в 18 и 24 раза массивнее нашей планеты. При такой же плотности, как у Земли, самая легкая из этих «супер-Земель» должна быть всего на 71% крупнее нашей планеты по линейным размерам. Это уже без сомнения «Земля», и даже не то чтобы очень «супер-».
Взвесил и обмерил
Авторам работы в Nature, которые сообщили об обнаружении уже пятой за неделю «супер-Земли», повезло больше. Их система из восьми автоматических телескопов диаметром 40 см нашла планету, которая каждые 38 часов проецируется на поверхность своей звезды, закрывая часть ее света. А сама эта звезда – красный карлик GJ1214 спектрального класса M в созвездии Змееносца, находится всего в 42 световых годах от Земли и прекрасно изучена. По доле перекрываемого планетой света ученые тут же вычислили размер объекта – он в 2,6-2,8 раза больше Земли.
Не забыли ученые и про спектроскопические наблюдения, которые дали примерный вес GJ1214b: 5,5-7,5 масс Земли. И это уже измерения, а не оценка сверху: раз частные затмения происходят, луч зрения практически точно совпадает с плоскостью орбиты.
Рыхлая горячка
Из массы и размера можно легко вычислить среднюю плотность планеты, и в случае с GJ1214b она оказалась всего 1,9 грамма на кубический сантиметр (плюс-минус полграмма). Это почти втрое меньше, чем средняя плотность Земли. И отсюда начинаются все дальнейшие рассуждения о физическом облике вновь открытого небесного тела.
По мнению Дэвида Шарбонно из Гарвардского университета, ведущего автора статьи в Nature, скорее всего, GJ1214b – огромный океан воды. Возможно, с небольшим скалистым или железным дном в центре. При том, что равновесную температуру на поверхности GJ1214b ученые оценивают в +100…+300°С, получается даже не океан, а какая-то глобальная баня, в которой непонятно, где кончается атмосферная «парилка» и начинается «бассейн» гидросферы.
Ускорение на поверхности этого небесного тела примерно такое же, как и на Земле (плотность его меньше, зато радиус больше), так что перегрузок мы бы там не испытывали. Правда, давление может быть значительно выше – огромная масса воды и большая температура должны делать атмосферу очень тяжелой. Именно давление и способно заставить океан оставаться жидким при таких высоких температурах.
Так что дачу на GJ1214b строить не стоит – насколько там хорошо для жизни, пока не ясно. Впрочем, ученые напоминают про земные донные организмы, которые без напряжения сдюживают температуры в одну-две сотни градусов по Цельсию, а также давление в десятки атмосфер у отверстий подводных «черных курильщиков». Правда, авторы подчеркивают, что они -- не специалисты ни по строению планет, ни тем более по жизни. Все разговоры про жидкую воду и «черные курильщики» – не из статьи, а с пресс-конференции американского Национального научного фонда, посвященной открытию.
Куда ни пойдешь, на океан не попадешь
И это очень важная оговорка, полагают настоящие специалисты по строению планет. По мнению Сары Сигерс и Лесли Роджерс, работающих по соседству с Шарбонно, в Массачусетском технологическом институте, никакого океана на GJ1214b вообще нет. Американская профессорша и ее аспирантка полагают, что существуют три сценария, способных более или менее объяснить происхождение и строение этой планеты. И ни в одном из них нет места океану жидкой воды – в том виде, в котором мы это понимаем.
Самый простой из них состоит в том забавном утверждении, что «супер-Земля» GJ1214b – это «мини-Нептун»: планета с твердым жестким ядром изо льда и атмосферой из водорода и гелия. Такой объект вполне мог бы сформироваться на задворках местной планетной системы напрямую из протопланетного облака и позднее мигрировать ближе к звезде. Содержание газов в его атмосфере минимально – около 1%, и это почти исключительно гелий и водород.
Второй вариант – это дегазирующаяся скалистая планета, из расплавленных недр которой вырываются газы, наполняющие атмосферу. Такое, по мнению ученых, случалось несколько миллиардов лет назад и с нашей Землей. В случае же с GJ1214b все происходит куда более интенсивно – здесь и вещества больше, и температуры выше даже на поверхности. Атмосфера в этом случае должна быть более значительной и поначалу состоять из водорода, воды, угарного и углекислого газов, а также примесей метана, аммиака, азота, сероводорода и сернистого газа. Как изменился состав к сегодняшнему дню, зависит от того, насколько долго планета кружится так близко к звезде: понятно, что легкий водород испаряется с планеты куда быстрее, чем сернистый газ.
Наконец, третий вариант – это, собственно, паровой котел, когда планета минимум на половину состоит из H2O. Правда, привычных для нас океанских просторов там все равно нет – вода там существует без разделения на жидкую и газообразную фазу, которая на большой глубине переходит в плазму. Зато в этой непривычной для человека воде (она существует лишь при температуре выше 374 по Цельсию и давлении в 220 атмосфер) должно быть растворено много интересного – и азот, и сероводород, оксиды углерода, аммиак и даже спирт (метиловый). Это то, что ученые называют «горячим океаном».
Смотри на просвет
В любом случае, отмечают Роджерс и Сигерс, ничего подобного GJ1214b в Солнечной системе нет – и тем интереснее ее исследовать. А разобраться, какой вариант реализуется в действительности, помогут дальнейшие наблюдения. Например, если во время прохождения планеты по диску звезды в спектре последней появляются какие-то слабые спектральные линии, то эти линии наверняка принадлежат атмосфере планеты. И вот уже известен ее химический состав.
К счастью, с планированием подобных наблюдений проблем не будет. Каждую неделю GJ1214b четыре раза почти на целый час оказывается прямо перед звездой, позволяя просвечивать себя на радость астрономам. Шарбонно и его коллеги уже заказали время на Космическом телескопе имени Хаббла и нескольких наземных инструментах для таких наблюдений.
