Ученые с помощью статистических методов проанализировали состав и структуру далеких планет вне Солнечной системы, включая их атмосферу. Проведенное исследование обеспечило данные, позволяющие делать выводы о том, насколько похожи эти планеты на Землю: состоит ли тот или иной мир исключительно из камней, или преимущественно из воды. И чем большей является планета, тем больше окружает ее водорода и гелия - это факт.
Иллюстрация NASA
Существует ли в космосе вторая Земля? Знания о нашей планетной системе постоянно расширяются, а новые технологии позволяют заглядывать все дальше в глубины вселенной. До сих пор за пределами Солнечной системы обнаружено уже 3700 небесных тел планетного типа. И из масс и радиусов этих экзопланет можно делать выводы об их средней плотности. Но из чего же складывается их структура и как они устроены физически, до сих пор остается неясным. Кроме того, ученых по-прежнему очень привлекает вопрос: как эти планеты могут выглядеть?
«Теоретически можно допускать самые различные сценарии. Например, исключительно водный мир, мир только из камня или планеты с водородно-гелиевой атмосферой, у которых мы можем вычислить предполагаемый радиус», - поясняет Михаель Лозовски. Этот докторант работает в группе профессора Равита Хелледа в Институте вычислительных наук университета Цюриха.
Модель возможной структуры экзопланеты с каменным ядром и газовой атмосферой. © Universität Zürich
И вот теперь команда исследователей с помощью баз данных и статистического метода провела анализ экзопланет, а также их атмосфер. Такие планеты встречаются довольно часто, и они окружены волатильной водородно-гелиевой оболочкой. Правда, измеренные до сих пор напрямую данные не позволяют делать однозначных выводов о структуре этих планет, так как различные составы материи могут давать в результате одинаковые массы и одинаковые радиусы.
Кроме того, группа исследователей, помимо точности данных, уделила значительное внимание предполагаемым внутренним структурам, планетарным температурам и отраженным излучениям этих небесных тел. Таким образом они проанализировали 83 из 3700 известных небесных тел планетарного типа вне Солнечной системы, массы и радиусы которых уже были четко определены. «Мы впервые смогли статистически подтвердить, что для часто встречающихся экзопланет с волатильными атмосферами существуют предельные значения, которые указывают на их состав. То есть, к примеру, существует радиус, при превышении которого не могут существовать планеты с одинаковой структурой», - говорит Лозовски. Важную роль при определении предельных радиусов играет количество элементов в газовой оболочке, более тяжелых, чем гелий, процентное соотношение водорода и гелия, а также распределение элементов в атмосфере.
Экзопланета с каменным ядром и атмосферой из газа могла бы выглядеть еще и так. © Universität Zürich
Так, к примеру, команда выяснила, что планеты с радиусом до 1,4 земных радиусов (земной радиус - 6371 километр) имеют структуру, подобную планетам земного типа. При превышении этого граничного значения радиуса возрастает доля силикатов или других более легких материалов. На большинстве планет с радиусом, превышающем 1,6 земных, наряду с каменным ядром должна присутствовать водная или водородно-гелиевая оболочка.
Начиная с 2,6 земных радиусов, планеты уже не имеют водных миров и, вероятно, имеют атмосферу из водорода и гелия, плотно окутывающую планету. Планеты с 4 земными радиусами и больше, как считают ученые, богаты газами - подобно Урану и Нептуну – и состоят, как минимум, из 10% водорода и гелия.
Знания, полученные в результате этого исследования, позволяют лучше понять процессы возникновения, развития, а также разнообразие таких планет. Особый же интерес представляет пограничное значение между большими планетами земного типа - так называемыми суперземлями - и малыми газовыми планетами, которые получили обозначение «мини-нептуны». И такое значение, как выяснили ученые, находится примерно в пределах 3 земных радиусов. А это значит, что похожие на Землю планеты могут существовать лишь тогда, когда их радиус не превышает указанного значения.
