Леонид Ксанфомалити - ПЛАНЕТНЫЕ СИСТЕМЫ ЗВЕЗД
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Горячие и холодные (высокоорбитальные) планеты-гиганты, несомненно, интересны, но что можно сказать о поисках планет типа Земли? К сожалению, почти ничего. Чувствительность МЛС позволяет уверенно находить внесолнечные планеты-гиганты, но до задачи обнаружить планету земного типа чувствительность метода не дотягивает примерно в 30 раз. В недалеком будущем появятся новые способы обнаружения внесолнечных планет с массой Земли, но пока их нет. Все же положение небезнадежно. Предполагается, что готовящиеся космические миссии KEPLER, COROT и GAIA смогут исследовать десятки тысяч звезд с фотометрической точностью до 0,00001 и обнаружить у них множество планетных объектов с транзитами. Согласно плану миссии, только аппарат KEPLER за четыре года работы сможет исследовать 100 тысяч звезд. Точность метода будет достаточной для обнаружения транзитов планетных тел даже с размерами Земли, в отношении которых существующие наземные технические средства пока бессильны. В этих проектах будут использованы и другие методы кроме МЛС.
Но пренебрегать МЛС не стоит. Пионеры открытия экзопланет, швейцарская группа исследователей, продолжают совершенствовать свой метод. Им удалось довести предельную чувствительность спектрографа HARPS до 1 м/с. С помощью 3,6-метрового телескопа Европейской южной обсервато рии в Чили совсем недавно, в 2006 году, у звезды HD 69830 обнаружена необычная система из трех планет с массами всего от 10 до 18 масс Земли (то есть каждая меньше массы Нептуна). Две планеты с периодами 8,37 и 31,6 суток находятся на низких орбитах, но орбита третьей планеты, с периодом 197 суток, подобна орбите Венеры. Так как звезда HD 69830 немного менее массивна, чем Солнце, можно говорить, что эта планета находится в зоне, почти пригодной для жизни (хотя планета с такой большой массой вряд ли годится для обитания). Звезда HD 69830 находится на расстоянии менее 13 пк и видна невооруженным глазом.
В конце ХХ века с открытием экзопланет Солнечная система перестала быть единственной известной планетной системой. Уникальность Земли обсуждали с разных точек зрения: в IV веке до н. э. – философы Аристотель и Эпикур, в XVI веке – Коперник. Готовясь к практическим поискам, в 1938 году Р. Айткен писал, что обнаружение планет у других звезд методом лучевых скоростей находится за пределами возможного. Но через 56 лет эти пределы значительно раздвинулись.
Экзопланеты и экзопланетные системы разительно отличаются от нашей Солнечной системы, где нет ничего, похожего на 51Peg b, τBoo b или 55Cnc b. В чем причина столь необычных свойств Солнечной системы? Не вникая в подробности, следует сказать о важной роли, которую играет в ней Юпитер. Орбитальные свойства всех планет Солнечной системы находятся в резонансных соотношениях. Существенным фактором в ее истории было образование Юпитера. Две волны метеоритной бомбардировки около четырех миллиардов лет назад сыграли в ней важную роль. В конечном счете возникло стабильное низкоэнтропийное состояние Солнечной системы, в котором Юпитер и другие гиганты, имеющие устойчивые орбиты, защищают внутренние планеты от ударов опасных небесных объектов, уменьшая эту опасность на много порядков. Существуют даже варианты "антропного принципа", утверждающие, что самим своим возникновением и развитием земная жизнь обязана Юпитеру.
Может быть, сам Юпитер, как главное и определяющее тело планетной системы, образовался в необычных условиях? Существует гипотеза, что в период формирования Солнечной системы с ней сближалась другая звезда, из-за чего система приобрела необычные свойства. Если учесть, что протопланетные газово-пылевые диски значительно различаются по массам, планетные системы, в свою очередь, могут представлять собой целый набор образований с резко различающимися свойствами. Несомненно, что существенную роль играет скорость потерь туманностью водорода в критический для формирования планет период. Концентрация газа и пыли в протопланетном диске, с одной стороны, и масса образующейся планеты, с другой, определяют их приливные взаимодействия и возможную миграцию планеты. Но если считать миграцию правилом, как объяснить стабильность орбит планет-гигантов Солнечной системы?
Эксцентриситеты орбит в Солнечной системе очень малы, у экзопланет (кроме "горячих юпитеров"), наоборот, – очень велики. Большой эксцентриситет рано или поздно приводит к катастрофическим пересечениям орбит. Массивное планетное тело как бы сканирует пространство, постепенно поглощая меньшие тела. В меньшем масштабе подобной процесс известен и в истории Солнечной системы. Один из крупнейших спутников планет, Тритон, за время эволюции своей орбиты не оставил вокруг Нептуна ни одного крупного тела. Ныне Тритон находится на круговой орбите с уникальным обратным по отношению к планете обращением. Точно так же миграция гигантов к звезде не оставляет места для планет, подобных земной группе; лишь системы, в которых гиганты возникли на низких орбитах, а не мигрировали, могут обладать подсистемами внутренних планет.
Все крупные планеты Солнечной системы имеют почти копланарные (расположенные практически в одной плоскости) стабильные орбиты с низким эксцентриситетом, исключающим их катастрофические сближения. Солнечная система – это система с низкой энтропией (высокой устойчивостью). Но именно высокоэнтропийные системы экзопланет, в которых выживают лишь самые массивные тела, могут оказаться нормой. Солнечная система могла быть совсем другой, чем та, в которой мы живем. Или, может быть, мы живем в ней именно потому, что она не похожа на другие?
ПОДРОБНОСТИ ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ
Спектральные классы звезд
В астрономии звезды делят на классы. Основных классов 7, их обозначают латинскими буквами в таком порядке: O, B, A, F, G, K, M. Давно, когда эта классификация создавалась, астрономы думали, что она отражает жизненный путь звезды: очень горячие большие голубые звезды классов O и A, с температурой до 100 000 К, по мере расходования запасов энергии и остывания становятся слабыми маленькими красными карликами M, температура которых едва дотягивает до 2000 К. Но все оказалось гораздо сложнее. Что же касается классификации, она основывается на различиях в спектрах звезд, которые сами зависят от температуры звезды. Звезды классов O-B голубые, A-F – белые, G – желтые, K – оранжевые, M – красные. Классы делят еще на подклассы. Наше Солнце относится к классу G2 и считается, как это ни обидно, карликовой желтой звездой (его размер около 1,4 млн км).
Парсек
Парсек (пк, pc) – расстояние, на котором звезда при ее наблюдении с противоположных точек диаметра земной орбиты изменяет свое видимое положение (параллакс) на 1 угловую секунду. Или, что то же самое, расстояние, с которого земная орбита видна под углом 1 секунда. 1 пк = 206 265 а. е. = 3,26 св. года = 30,857.1012 км.
Законы Кеплера
Три закона, описывающие невозмущенное движение планет. Сформулированы немецким астрономом И. Кеплером в начале XVII века.
1-й закон.
Орбита планеты есть эллипс, в одном из фокусов которого находится Солнце. Кометы и космические аппараты могут двигаться по гиперболам и параболам, в фокусе которых находится центр притяжения.
2-й закон.
Радиус-вектор планеты за равные промежутки времени описывает равные площади, то есть скорость планеты возрастает при ее приближении к Солнцу (максимальна в перигелии) и убывает при удалении (минимальна в афелии).
3-й закон.
При движении двух планет по эллиптическим орбитам вокруг Солнца квадраты их обращения относятся как кубы больших полуосей их орбит. Формулировка подразумевает, что масса планет пренебрежимо мала по сравнению с массой Солнца.
Галилеевы спутники
Четыре самых крупных спутника Юпитера – Ио, Европа, Ганимед и Каллисто, открытые в 1610 году итальянским физиком и астрономом Галилео Галилеем при помощи сконструированного им телескопа. По своим характеристикам они ненамного отличаются от Луны (масса Луны М= 7,350.1022 кг, радиус R = 1732,2 км):
Закон излучения Планка
Закон распределения энергии в спектре равновесного излучения при определенной температуре Т (см. рис. на стр. 5). Был получен немецким физиком М. Планком в 1900 году на основе гипотезы о том, что излучение энергии происходит порциями – квантами.
Немецкий физик В. Вин вывел первый закон распределения энергии излучения в 1893 году, но с его помощью смог описать только спектр высоких частот (малых длин волн). английские физики Дж. У. Рэлей в 1900 году и Дж. Джинс в 1905-м независимо друг от друга получили закон для низкочастотной части спектра, но в области высоких частот он предсказывал возрастание энергии излучения до чрезвычайно больших значений в далекой ультрафиолетовой области, что не соответствовало результатам опытов. Планк, введя понятие квантов, сумел соединить эти законы, получив точную формулу закона. Теоретический вывод закона излучения Планка сделал А. Эйнштейн в 1916 году.
