Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли - Элизабет Таскер

Объяснить плотность CoRot-7 b оказалось проще, чем плотность 55 Рака e. В том же году, когда было зафиксировано прохождение планеты, исследователи вычислили ее массу на основе измерений лучевой скорости. При массе CoRot-7 b чуть меньше 5 земных масс и радиусе 1,7 радиуса Земли плотность планеты составляет приблизительно 6 г/см3. Данное значение чуть меньше того, которое должен иметь мир в 5 раз массивнее Земли с землеподобным железным ядром и силикатной мантией, но все же возможность сходства сохраняется, если допустить, что железо истощилось или радиус при наблюдении казался чуть больше фактического. Такая плотность определенно была слишком высокой для газовой планеты, что сделало CoRot-7 b первой подтвержденной планетой с твердой оболочкой за пределами Солнечной системы.

Опираясь на вывод о близком совпадении плотности CoRot-7 b с плотностью Земли, ряд изданий и организаций (включая, надо признать, и NASA) выступили с сообщениями о новом мире, называя его «самой похожей на Землю планетой» на тот момент. Впрочем, даже если с точки зрения состава планеты это утверждение и соответствовало действительности, то с учетом средней температуры на ее поверхности (около 2000 °C), сравнение с Землей казалось несколько натянутым. Если бы можно было постоять на ее поверхности, мы бы увидели звезду в 300 раз большего размера, чем Солнце на нашем небе. Однако постоять там вряд ли получится, ведь вместо твердой поверхности там должен быть океан расплавленной лавы. Таким образом, CoRot-7 b была не просто первым подтвержденным каменистым миром — она была еще и первым миром, покрытым лавой.

Покрытые лавой миры, такие как CoRot-7 b и 55 Рака e, располагаются так близко к своим звездам, что попадают в приливный захват. В таком состоянии планета всегда обращена к звезде одной стороной. Наша собственная Луна находится в приливном захвате с Землей. Поэтому нам видна только одна половина ее поверхности. Впервые люди увидели обратную сторону Луны только во время полета «Аполлона-8» — как раз тогда была сделана знаменитая фотография «Восход Земли».

Приливный захват случается в результате деформации планеты (или спутника) гравитацией звезды (или планеты). Испытывая мощное притяжение находящейся совсем близко звезды, сферическая планета принимает слегка вытянутую форму (форму мяча для игры в регби). При попытке вращения гравитация звезды будет притягивать выступающую область на ближайшей к ней стороне планеты. Из-за этого вращение планеты будет происходить таким образом, чтобы выступающая область всегда была обращена к звезде. В результате она оказывается в приливном захвате.

Гравитация планеты (или спутника) также может деформировать звезду (или планету). В случае CoRot-7 b по причине колоссальной разницы в размерах между планетой и звездой это обратное влияние остается слабым и незаметным. Напротив, притяжение, которое Луна оказывает на Землю, заставляет подниматься и опускаться сушу и моря, вызывая приливы. В результате деформации Земли под воздействием Луны в ее коре образуются приливные выступы высотой около 0,5 м.

Если орбита планеты не круговая, при движении по ней величина деформации, вызванной звездой, изменяется по мере уменьшения и увеличения силы притяжения. Это приводит к изгибанию, которое, в свою очередь, провоцирует вулканическую активность. Примерами таких тел могут служить Ио и 55 Рака e. Не исключено, что и с CoRot-7 b происходит то же самое вследствие присутствия второй планеты, находящейся на более удаленной орбите. Под влиянием старшего собрата орбита CoRot-7 b могла бы принять форму эллипса, что приводило бы к изгибанию планеты при приближении к звезде и удалении от нее. Тогда поверхность CoRot-7 b была бы похожа на поверхность 55 Рака e, представляя собой вулканический ад.

Чем больше расстояние от звезды до орбиты планеты, тем меньше степень приливной деформации. На определенном расстоянии сила притяжения, воздействующая на выступ, оказывается слишком слабой, чтобы тело попало в захват. Именно поэтому Земля не находится в приливном захвате с Солнцем. Если два обращающихся объекта близки по размеру, они могут находиться в приливном захвате относительно друг друга. Как раз это произошло с Плутоном и его самым крупным спутником Хароном — эти небесные тела смотрят друг на друга, как партнеры в румбе.

Планеты, попавшие в приливный захват со своими звездами, представляют собой двуликие миры, на одной половине которых царит нескончаемый день, а на другой — вечная ночь. Равномерность распределения тепла между дневной и ночной сторонами определяется характером планеты и интенсивностью циркуляции в атмосфере. Из-за огромного расстояния, отделяющего нас от CoRot-7 b, мы не можем зафиксировать ни саму ее атмосферу, ни какие-либо температурные колебания в ней. Если допустить, что тепло в атмосфере распределяется равномерно, то температура поверхности должна достигать приблизительно 1500 °C. Если перераспределение тепла не происходит, температура на дневной стороне может достигать значения 2300 °C, а на ночной опускаться до –220 °C. В последнем случае дневная половина планеты будет занята океаном лавы, а на ночной будет преобладать темный ландшафт из горных пород.

Из-за кипящих горных пород на дневной половине атмосфера планеты может быть разреженной. Ничего общего с нашим воздухом она иметь не будет, поскольку будет заполнена газом, образовавшимся при испарении горных пород. Когда на определенной высоте этот газ из твердых пород остынет и затвердеет, на поверхность обрушится град из булыжников. Тип булыжников будет зависеть от температуры, так как горные породы разного состава будут затвердевать на разной высоте. Весь процесс будет походить на работу гигантской ректификационной колонны — установки для выделения из сырой нефти различных компонентов за счет разницы в температурах конденсации. Вот только размером эта установка будет с планету. Брюс Фегли, специалист по химии планет из Вашингтонского университета, занимавшийся моделированием данного процесса, так описал его: «Вместо формирования водяных облаков с последующим выпадением капель воды в виде дождя вы получаете формирование “каменного облака”, из которого начинают сыпаться небольшие булыжники из горных пород разных типов». Таким образом, у CoRot-7 b, скорее всего, нет ни твердой поверхности, ни атмосферы с метеорологическими условиями, которые хотя бы даже отдаленно напоминали умеренные.

Через два года после объявления о CoRot-7 b свою первую каменистую планету обнаружил космический телескоп «Кеплер». Новый мир получил название Кеплер-10 b. При плотности, указывающей на землеподобные горные породы, он имел период обращения 20 часов. Два года спустя стало известно еще об одной тлеющей каменистой планете с периодом обращения всего лишь 8,5 часов — Кеплер-78 b. Обе они относились к классу планет, являющемуся подгруппой горячих суперземных (и меньшего размера) миров. По составу они походят на Землю, но их периоды обращения измеряются сутками, а их поверхность, представляющая собой, скорее всего, расплавленную вулканическую массу, не имеет ничего общего с ландшафтом нашей планеты. Несмотря на свою относительную немногочисленность, эти покрытые лавой миры вполне сгодились бы на роль ада в нашей Галактике. Однако миры земного типа далеко не единственные, чья отталкивающая чужеродность определяется необычным строением.