научно-популярное приложение к газете "Голос Армении"
Menu

МЫ ОДНИ?

Солнечная система

Мы хорошо знакомы с Солнечной системой - ведь, по сути, это наш родной дом. Названия входящих в ее состав планет, порядок их расположения, а может быть, даже расстояние от Солнца известны еще со школы. Однако, как выяснил корреспондент BBC Earth, наш дом не очень похож на другие.

ЕСТЬ ЧЕТЫРЕ ВНУТРЕННИЕ ПЛАНЕТЫ, РАСПОЛОЖЕННЫЕ БЛИЖЕ ВСЕГО К СОЛНЦУ, они называются планетами земной группы, или твердотельными планетами. Твердая поверхность позволяет ходить по ним или осуществлять посадки космических аппаратов. Есть четыре внешние планеты (за исключением относительно небольшого, состоящего из скальных пород и льда Плутона, планетный статус которого относительно недавно был пересмотрен, - теперь он считается карликовой планетой. Они представляют собой гигантские газовые шары, окруженные кольцами. А между внутренними и внешними планетами расположен пояс астероидов.

Какая стройная конфигурация! Почти столетие у нас ничего и не было, кроме нее. Но в 1995 г. ситуация изменилась, астрономы обнаружили первую экзопланету - планету, обращающуюся вокруг звезды, но не Солнца, вне Солнечной системы. Это был газовый гигант, похожий по массе на Юпитер, который назвали 51 Пегаса b.

В последующие два десятилетия удалось открыть тысячи других планет. По некоторым оценкам, в нашей Галактике их сотни миллиардов. Таким образом, Солнечная система не уникальна. И все-таки, несмотря на такое большое количество планетных систем, астрономы считают, что в определенном смысле Солнечная система стоит особняком. Как так?

"Солнечная система нетипична", - говорит Грегори Лафлин, планетолог из Калифорнийского университета в Санта-Крузе. Пока еще не совсем понятно, насколько велика эта нетипичность, но ученые уже пытаются объяснить причины особенностей Солнечной системы. Если она окажется космологической аномалией, то, возможно, таковой является и Земля, а с ней - и жизнь на нашей планете. Иными словами, нельзя исключать нашу уникальность во Вселенной.

Уникальная система?

Стоит только примириться с мыслью о том, что планеты в космосе встречаются не реже звезд, как возникает новое открытие: поразительное разнообразие их параметров. "Мы всегда предполагали, что планет в космосе много, - говорит Лафлин. - Оказалось, что это действительно так. Но найденные нами экзопланеты разительно отличаются от планет Солнечной системы".

ПРИ ПОМОЩИ ОРБИТАЛЬНОЙ ОБСЕРВАТОРИИ "КЕПЛЕР" АСТРОНОМЫ обнаружили тысячи экзопланет разнообразных составов и размеров. Оказывается, существуют совсем миниатюрные планетные системы, сравнимые по размерам с Юпитером и четырьмя из его крупнейших спутников. В других системах плоскость обращения планет находится под большим углом к плоскости вращения звезд. Некоторые планеты обращаются вокруг двух звезд сразу - наподобие планеты Татуин с двумя солнцами из фильма "Звездные войны".

В Солнечной системе есть два типа планет - маленькие каменистые и крупные газообразные. Но астрономы пришли к выводу, что большинство экзопланет не вписывается ни в одну из этих категорий. По размерам они чаще всего представляют собой нечто среднее: меньше Нептуна, но крупнее Земли. Самые маленькие из обнаруженных экзопланет могут быть каменистыми - их иногда называют сверхземлями (не совсем корректный термин, поскольку сверхземля вовсе не обязательно схожа с Землей, это всего лишь планета чуть большего размера). Более крупные экзопланеты, известные как горячие нептуны, в основном состоят из газов.

Удивительно то, что многие из этих планет находятся на очень малом удалении от своих звезд, - меньшем, чем расстояние между Меркурием и Солнцем. В 2009 г., когда астрономы впервые обнаружили такие близкие к звезде орбиты, большинство ученых было настроено скептически. "Это казалось совершенно невероятным, - говорит Лафлин. - Однако впоследствии при помощи обсерватории "Кеплер", запущенной в том же году, удалось подтвердить, что такой феномен не просто существует, но и распространен. Вероятно, в нашей Галактике суперземли вращаются на близких к звездам орбитах чуть ли не в половине случаев. Это одно из самых важных отличий Солнечной системы: внутри орбиты Меркурия нет вообще ничего. Даже астероидов. Еще одна странность Солнечной системы - это Юпитер. Крупные экзопланеты встречаются не часто, большинство из них обращается по орбитам, сравнимым с земной или венерианской. Только примерно у двух процентов изученных звезд есть планеты размером с Юпитер.

Отсутствие каких-либо небесных тел внутри орбиты Меркурия и массивный Юпитер на значительном удалении от Солнца - два фактора, отличающие Солнечную систему", - отмечает Лафлин.

Никто не знает, почему это так, но у Лафлина есть одна сложная теория - он считает, что Юпитер в свое время "блуждал" по Солнечной системе, уничтожая нарождающиеся планеты, и в конечном итоге создал условия для формирования Земли.

Блуждающий Юпитер

Планеты рождаются вслед за своими звездами. Звезда возникает при схлопывании газового облака в плотный шар. Из остатков газа и пыли вокруг нее формируется диск, который и превращается в отдельные планеты.

РАНЬШЕ АСТРОНОМЫ ПОЛАГАЛИ, ЧТО ПЛАНЕТЫ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ сформировались на своих нынешних орбитах. В непосредственной близости от горячей молодой звезды газ и лед находиться не могли - единственными возможными "строительными материалами" в этом регионе должны были быть силикаты и металлы, поэтому там и сформировались относительно небольшие твердые планеты. Вдали же от Солнца из газов и льдов возникли газовые гиганты.

Однако в процессе поиска экзопланет астрономы обнаружили газовые гиганты, обращающиеся чрезвычайно близко к своим звездам - при том что температуры на таких орбитах были бы слишком высокими для возникновения этих планет. Ученые пришли к выводу, что такие "горячие юпитеры", вероятно, постепенно мигрировали ближе к своим звездам. Более того, планетарная миграция может быть весьма распространенным явлением - не исключено, что газовые гиганты Солнечной системы тоже в прошлом меняли свои орбиты.

"Раньше считалось, что гигантские планеты находятся на своих нынешних орбитах с момента возникновения. Это был основополагающий постулат", - говорит Кевин Уолш, планетолог из Юго-западного научно-исследовательского института в Боулдере, штат Колорадо. По его словам, этого постулата больше не существует.

Уолш - сторонник гипотезы большого отклонения (Grand Tack hypothesis), названной так в честь зигзагообразного маневра в парусном спорте. Согласно ей, Юпитер начал менять орбиту в ранний период истории Солнечной системы, причем сначала планета приближалась к Солнцу, а затем начала удаляться от светила подобно лавирующей яхте.

В соответствии с этой гипотезой планета сформировалась на расстоянии примерно в три астрономические единицы от Солнца (одна астрономическая единица соответствует среднему расстоянию между Солнцем и Землей). В то время Солнечной системе было всего несколько миллионов лет (детский возраст в масштабах Вселенной), и она все еще была наполнена газом.

По мере обращения Юпитера вокруг Солнца газ с внешней стороны орбиты подталкивал планету ближе к светилу. Когда же за пределами юпитерианской орбиты сформировался Сатурн, это привело к возмущению газового поля, и центростремительное движение Юпитера прекратилось на расстоянии примерно в полторы астрономические единицы от Солнца.

После этого на Юпитер начали оказывать давление газы с внутренней стороны его орбиты, отталкивая планету во внешние регионы Солнечной системы. Поскольку с внешней стороны орбиты давить на Юпитер было уже нечему, он отдрейфовал на свою нынешнюю орбиту на расстояние в 5,2 астрономической единицы от Солнца.

Предложенная гипотеза пришлась по душе планетологам, поскольку объясняла многие, ранее непонятные феномены Солнечной системы. Благодаря "зигзагам" Юпитера регионы Солнечной системы, лежащие далее 1 астрономической единицы от Солнца, очистились от газа. По мнению астрономов, это было необходимым условием для формирования Марса. В рамках предыдущих моделей возникновения Солнечной системы выходило, что Марс должен быть крупнее, чем он есть на самом деле, но в гипотезу большого отклонения реальный диаметр планеты как раз вписывается.

Гипотеза также предполагает возникновение пояса астероидов, очень сходного с тем, что мы наблюдаем в Солнечной системе, - со сходными массами, орбитами и составом небесных тел. Хотя новая модель не раскрывает причин возникновения Юпитера (ответа на этот вопрос пока нет), она объясняет, как планета оказалась на своей нынешней, относительно далекой от светила орбите.

Лафлин признает, что гипотеза большого отклонения представляется излишне заумной и даже маловероятной. Но, учитывая успех, которым пользуется эта модель, Лафлин и его коллега-планетолог Константин Батыгин из Калифорнийского технологического института решили ее развить. "Давайте отнесемся к гипотезе серьезно и спросим себя, к каким последствиям могла привести миграция Юпитера?" - говорит Лафлин.

Уничтоженные в зародыше

Согласно результатам компьютерных симуляций, Юпитер, добравшись до внутренних регионов Солнечной системы, начал крушить все на своем пути. Эти регионы были заполнены газом, пылью и наполовину сформировавшимися планетами, так называемыми планетезималями диаметром до 1000 км. По мере продвижения к Солнцу Юпитер пролагал дорогу сквозь этот материал, запуская цепочку столкновений между планетезималями, которые разбивались друг о друга. Обломки нерожденных планет - каждый размером примерно с километр -  были настолько легкими, что окружающий газ отталкивал их прямо в горнило Солнца.

УЧИТЫВАЯ ПРЕОБЛАДАНИЕ СУПЕРЗЕМЕЛЬ СРЕДИ ОБНАРУЖЕННЫХ ЭКЗОПЛАНЕТ, велика вероятность, что и в Солнечной системе одновременно с планетезималями могло сформироваться несколько таких тел. Но вследствие блужданий Юпитера между этими суперземлями и нарождающимися планетами происходил гравитационный взаимозахват. Когда осколки планетезималей направились к Солнцу, за ними последовали и суперземли.

После того как Юпитер вернулся во внешние регионы Солнечной системы, из оставшегося после него космического мусора сформировались Земля и другие небольшие каменистые планеты. Из-за хаоса, созданного Юпитером, у формировавшихся планет вблизи Солнца не было шанса на спасение - именно поэтому внутри орбиты Меркурия сейчас нет никаких небесных тел. Если бы не Юпитер, вместо Земли и других каменистых планет внутренние регионы Солнечной системы были бы сейчас заполнены суперземлями. По крайней мере в теории. Мы имеем дело с очень стройной теорией, объясняющей необычность Солнечной системы. Если все так и произошло на самом деле, нечто подобное, вероятно, могло случиться и с другими планетными системами. Согласно этой гипотезе, либо в звездной системе должны присутствовать суперземли, либо же планеты, подобные Юпитеру.

Пока данные космических исследований подтверждают верность гипотезы большого отклонения. "Предварительные результаты выглядят хорошо, - говорит Лафлин. - В звездных системах, где имеются суперземли, гигантские планеты на далеких от звезды орбитах не обнаружены".

Чтобы удостовериться в этом, астрономам придется ждать по крайней мере до 2017 г., когда НАСА планирует запустить космический телескоп TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). TESS будет искать планеты, обращающиеся вокруг ближайших к Солнцу звезд, яркость которых достаточна велика для проведения точных измерений, необходимых астрономам.

И все же Лафлин не спешит объяснять строение Солнечной системы одной лишь гипотезой большого отклонения: "Пока мы просто узнали, что Солнечная система необычна. И гипотеза - просто одна из попыток найти этой необычности рациональное объяснение. Я уверен, что в будущем появятся другие теории, звучащие не менее убедительно".

Не такая уж редкость?

Насколько же необычна Солнечная система? "Судя по имеющимся данным, системы, подобные Солнечной, встречаются не часто", - говорит Уолш. Но, по его словам, еще рано делать окончательные выводы, поскольку поиск экзопланет только начинается.

ТОМУ, ЧТО ДО СИХ ПОР АСТРОНОМАМ УДАЛОСЬ ОБНАРУЖИТЬ ЛИШЬ несколько экзопланет, похожих на планеты Солнечной системы, есть свое объяснение. "Системы, сходные с нашей, труднее найти при помощи существующих методов обнаружения экзопланет, - говорит Джим Кастинг, планетолог из Университета Пенсильвании. - Из того, что мы пока не нашли много систем, похожих на Солнечную, не следует, что они не распространены".

В частности, экзопланеты диаметром меньше земного пока еще находятся вне пределов чувствительности телескопов. Даже TESS не будет способен обнаружить планеты размером с Землю на сходных с земной орбитах вокруг звезд солнечного типа. Да и задача обнаружения более крупных планет, схожих с газовыми гигантами Солнечной системы, потребует длительных наблюдений. Один из наиболее широко применяемых методов обнаружения экзопланет (он используется в работе "Кеплер" и будет применяться в работе TESS) - метод транзитной фотометрии, при котором по ослаблению блеска звезды во время прохождения планеты на фоне ее диска можно определить параметры планеты. Периоды обращения планет с отдаленными от светила орбитами очень велики (период обращения Сатурна, например, составляет 29 лет), так что астрономам придется ждать несколько десятилетий, прежде чем они смогут обнаружить такой транзит.

Однако в случае с суперземлями на орбитах поуже меркурианской, да и с суперземлями вообще, собранных данных уже достаточно для того, чтобы сделать определенные выводы. "Известно, что такие планеты распространены, - говорит Лафлин. - А газовые гиганты на орбитах, подобных юпитерианской, встречаются не так часто. Звезды солнечного типа составляют лишь 10% от всех звезд Галактики. Так что по крайней мере в этом смысле Солнечная система довольно редка".

Разумеется, "редкость" в данном случае - субъективный термин. По некоторым оценкам, у одной пятой всех звезд солнечного типа в Галактике есть планетные системы, схожие с нашей. Это всего пара процентов от всех звезд Млечного пути - казалось бы, ничтожно малая величина, но следует помнить, что в Галактике насчитывается сотни миллиардов планетных систем. Один процент от этого числа все равно равен десяткам миллиардов систем, похожих на Солнечную.

- Я бы удивился, если бы Солнечная система действительно оказалась уникальной, - говорит Джек Лиссауэр, планетолог из Исследовательского центра Эймса в Калифорнии. - При таком количестве звезд даже один их процент не дает повода назвать это редкостью.

Закон больших чисел

Возможно ли в других звездных системах существование похожих на Землю планет, где могла бы зародиться жизнь? Сложный вопрос.

- НЕТ ДОКАЗАТЕЛЬСТВ РАСПРОСТРАНЕННОСТИ ПЛАНЕТ С УСЛОВИЯМИ, ПОХОЖИМИ НА ЗЕМНЫЕ, - говорит Лафлин. - Доказательств тому, что жизнь во Вселенной распространена, нет.

Но Лиссауэр верит в закон больших чисел: "Я думаю, что похожие на Землю планеты, где может развиваться жизнь, существуют".

Кастинг разделяет его оптимизм: "Не думаю, что Солнечная система уникальна. Скорее всего, существуют другие планетные системы, не особо отличающиеся от нашей. Разумеется, достоверно мы этого не знаем, поэтому нужно строить телескопы и проводить наблюдения. И тогда вместо необычности мы, возможно, обнаружим что-то очень знакомое".

Маркус ВУ, BBC, Великобритания

Опубликовано в Взгляд
Прочитано 950 раз
Оцените материал
(0 голосов)
Другие материалы в этой категории: « АНГЕЛЫ-ХРАНИТЕЛИ НАШИ АМОРАЛЬНЫЕ МОРАЛИСТЫ »

Оставить комментарий

Убедитесь, что вы вводите (*) необходимую информацию, где нужно
HTML-коды запрещены

Наверх