18.10.2018
0
30

Наша Солнечная система намного уникальнее, чем мы думали раньше

Новые исследования показывают картину размеров экзопланет и их расстояние до других звезд, и эти данные отличаются от того, что мы видим в нашей собственной звездной системе.

Насколько особенной является Солнечная система? История астрономии в основном была путешествием из одного мировоззрения, в котором наша Солнечная система казалась особенной (и божественной) к мировоззрению, в котором мы не являемся чем-то необычным. Планеты нашей Солнечной системы когда-то считались танцующими по божественно предопределенным круговым траекториям, так называемым «музыке сфер». Но Иоганн Кеплер раз и навсегда разрушил это поверье, открыв теорию эллиптических орбит планет. Прежде всего эти труды в который раз дискредитировали геоцентрическую систему Птолемея и подтвердили, усовершенствовали гелиоцентрическую систему Коперника. 

Гелиоцентрическая система Коперника / Science of Everything

В дополнение к нашей солнечной системе мы теперь знаем более 400 многопланетных систем, в основном благодаря миссии Кеплер. Кеплер – космический аппарат NASA (названный в честь немецкого астронома 17-го века), который был запущен в 2009 году с единственной целью – открыть экзопланеты, новые миры, вращающиеся вокруг других звезд. И он находит эти экзопланеты, непрерывно измеряя яркости около 100 000 звезд. При каждом измерении Кеплер анализирует силу звездного света. Если он станет слабее хоть на долю процента, это может означать, что вокруг звезды вращается планета (планеты), которая собой закрывает небольшую часть звезды. Транзит каждой планеты уникален, что и позволяет открывать множество экзопланет, вращающихся вокруг одной и той же звезды.

Космический аппарат Кеплер / Credit: NASA

Существует так называемый шаблон звездных систем, согласно которому планеты в одной и той же системе имеют одинаковый размер. Например, если одна планета в системе в 1,5 раза больше радиуса Земли, другие планеты в той же системе, вероятно, будут в плюс-минус 1,5 раза больше радиуса Земли.

 

Это совсем не то, чего ожидали многие астрофизики. В нашей солнечной системе планеты имеют совершенно другую модель размеров – от Меркурия (менее половины радиуса Земли) до Юпитера (более чем в десять раз больше радиуса Земли). Все экзопланеты, обнаруженные аппаратом Кеплер, колеблятся от одной четверти от размера Земли до примерно в двадцать раз большей площади Земли. Тем не менее, несмотря на этот широкий диапазон возможных размеров, планеты, как правило, примерно того же размера, что и их соседи (в пределах одной звездной системы). Один из астрофизиков-коллаборационистов решил, что они похожи на «горох в стручке», и это прозвище стало некой стенографией в астрофизическом мире.

Чтобы проверить, действительно ли «гороховый» образец был реальным, физики смоделировали в программе планетные системы, в которых размеры планет, вращающихся вокруг одной определенной звезды, сделали рандомными. Может ли быть какая-то предвзятость в методе Кеплера которая способствует обнаружению планет только одного размера? Сможет ли эта предвзятость заставить планеты в каждой из смоделированных систем соответствовать шаблону?

Представление размеров и расстояний планеты в каждой из многопланетных систем с четырьмя или более планетами из Калифорнийского обзора Кеплера и нашей солнечной системы (SOL). Каждая строка представляет собой планетарную систему со звездой слева (обозначается названием объекта цели Кеплера), а расстояние орбиты планеты увеличивается вправо в астрономических единицах (АU). / Credit: Lauren Weiss

Ответ был отрицательным: в более чем 1000 испытаниях с произвольно назначенными размерами планет, введенными по схеме обнаружения виртуального Кеплера, модель планет одинакового размера в тех же системах никогда не возникала. Этот вычислительный эксперимент не воспроизвел того, что астрофизики наблюдают в планетных системах, найденных Кеплером. Таким образом, регулярные размеры планет являются реальной астрофизической моделью.

В дополнение к одинаковым размерам, планеты в системах типа «гороховых» также имеют похожее орбитальное расстояние. Ученые обнаружили, что орбитальное расстояние между первой парой планет является показателем орбитального расстояния третьей и последующих планет. Средние радиусы орбит также существуют в нашей Солнечной системе до Урана и называется это Законом Тициуса-Боде, но Нептун и Плутон не вписываются в эту схему. Кроме того, существует связь между размерами планет и их расстоянием: системы с наименьшими размерами планет также имеют самые близкие орбитальные расстояния.

Планеты в других звездных системах похожи на «горох в стручке»: одинаковых размеров и располагаются на одинаковом расстоянии друг от друга / Credit: Bill Ebbesen

Что означают эти шаблоны? Планетное образование, безусловно, регулируется законами физики, но у ученных нет четкого описания того, как эти законы проявляются в беспорядочной среде планетарного рождения. Теории образования планет были в основном написаны до открытия первой экзопланеты; их цель состояла в том, чтобы объяснить возникновение нашей собственной Солнечной системы, образованной с диска газа и пыли. Широко принятая (но неподтвержденная) теория о формировании планеты включает в себя появление так называемых «олигархов» – молодых предшественников планет, каждый из которых влияет на свою полосу фиксированной ширины вокруг звезды. Плутон больше не считается планетой, потому что никогда не был настолько большим, чтобы стать олигархом.

Олигархическая теория предсказывает примерно одинаковые массовые зародыши планет, расположенных через равные промежутки, причем размер олигарха зависит от ширины его «влияния». Но наша Солнечная система не является системой планет равных масс удаленных на равных расстояниях. Рост олигархов считается одной из первых глав в ее истории, ранней моделью, которая позже была дописана сильными, буквально разрушительными изменениями, которые сформировали наши очень разнородные планеты.

Зародыш планеты в теории «олигархов» / Universe Today

Сотни экзопланет демонстрируют картину, которая в определенном смысле напоминает нашу давно потерянную теорию «олигархов». Возможно, «горох в стручке» – это и есть те самые олигархи. Если да, то как они уклонились от того насилия, которое позже сформировало нашу солнечную систему? Ученые могли бы найти ответ, если бы продолжили оценивать фундаментальные свойства планет в «стручке». Или же, возможно, будут найдены дополнительные планеты в этих системах, которые нарушат шаблон, так же, как открытие Урана нарушило предложенный Кеплером шаблон для орбит в нашей солнечной системе. 

Несмотря на это, мы в Science of Everything думаем, что Кеплер был бы рад видеть, что благодаря телескопу, его трудам, ученые обнаружили образец, который затрагивает не только одну, но и сотни планетарных систем во Вселенной.

  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
30

Подписаться на рассылку


Подписаться на рассылку


Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: