Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли - Элизабет Таскер

Невозможность обеспечить стабильность орбиты в пределах зоны умеренных температур сложной формы должна означать, что потенциально пригодные для жизни миры вроде Татуина встречаются нечасто. Как ни странно, все как раз наоборот.

В 2015 г. было открыто 10 планет на циркумбинарных орбитах. Восемь из них обращаются вокруг своих двойных звезд по траекториям, проходящим в непосредственной близи от порога стабильности. При переходе на любую более короткую орбиту за этим порогом планета либо окажется выброшена за пределы системы, либо будет обречена на гибель в звездном пекле. Четкого ответа на вопрос о том, почему 80% открытых планет обращаются вокруг своих звезд вблизи порога стабильности, у нас нет. Возможно, все дело в миграции к центру системы, вызванной взаимодействием с протопланетным диском: все планеты, пересекшие границу стабильных орбит, либо покинули систему, либо погибли, тогда как миры, миграция которых прекратилась в границах безопасной зоны, выжили, и как раз их-то мы сейчас и видим. Согласно другой гипотезе, чем ближе планета к звезде, тем легче ее обнаружить, и те, что видны нам, — это просто популяция планет на самых коротких орбитах из всех возможных. Независимо от причины многочисленности таких находок, мы можем сделать один важный вывод: поскольку граница стабильных орбит часто пролегает вблизи зоны умеренных температур, вероятность обнаружения планет, обращающихся вокруг двойной звезды, даже в границах области сложной формы выше, чем можно было бы ожидать.

В главе 9 мы уже упоминали первую найденную транзитным методом планету, обращающуюся вокруг двойной звезды. Это Кеплер-16 b, мир размером с Сатурн с периодом обращения 229 суток. Масса и размеры двойной звезды, вокруг которой эта планета обращается, меньше нашего Солнца: масса одной звезды-компонента равна 69% массы Солнца, масса второй — 20%. В результате границы и форма зоны умеренных температур определяются влиянием более крупной звезды: она походит на нарисованный неумелой рукой круг с вращающимся выступом с той стороны, которая обращена к меньшему компаньону.

Несмотря на близкую к симметричной форму, наличие выступа в зоне умеренных температур все-таки несколько меняет ситуацию для планеты. Кеплер-16 b обращается по круговой орбите, пролегающей рядом с внешней границей зоны. Но из-за присутствия меньшей звезды планета в течение года периодически выходит за эту границу и потом возвращается обратно. В результате средняя температура на планете при движении по орбите 4–5 раз вырастает и падает приблизительно на 15 °C[38]. На это можно возразить, что при смене сезонов температура в далеких от экватора областях Земли может колебаться даже в большем диапазоне. Наше лето и зима — следствие наклона оси планеты, приводящего к тому, что в течение года северный и южный ее концы оказываются обращены то к Солнцу, то от него. Однако смена сезонов происходит лишь один раз в год, а средняя температура на всей планете не меняется. На Кеплер-16 b такие смены происходят пять раз в год, а изменение температуры затрагивает всю планету.

В отличие от орбиты Кеплер-16 b, орбита Кеплер-453 b нигде не выходит за пределы зоны умеренных температур. Кеплер-453 b — десятая по счету открытая планета, обращающаяся вокруг двойной звезды. О ее обнаружении было объявлено в 2014 г. Ее радиус на 60% превышает радиус Нептуна. Компоненты системы имеют разную массу: одна звезда похожа на Солнце, а вторая — красный карлик с массой, равной всего 20% солнечной массы. Благодаря заметной разнице в размере и массе зона умеренных температур имеет форму правильного пончика. Заправляет в ней более крупная звезда, поэтому Кеплер-453 b легче перемещаться в ее пределах. Хотя размер самой планеты недвусмысленно указывает на ее газовую природу, у нее может быть спутник с твердой поверхностью. Если такой спутник существует, в его небе будут видны не только две звезды, как на Татуине, но еще и бурлящая атмосфера газового гиганта.

Кстати, если судить по изображениям звезд в небе Татуина, зона умеренных температур в двойной системе из киносаги «Звездные войны» должна быть очень сильно перекошена. В действительности такое вряд ли возможно. Так что, какими бы суровыми ни изображались условия на поверхности Татуина, скорее всего, планета находилась бы за пределами зоны умеренных температур и была бы непригодна для жизни. Извини, Люк.

Планету, обращающуюся только вокруг одной звезды в двойной системе, поджидают другие опасности. Такая планета движется по орбите S-типа вокруг звезды, которая, в свою очередь, движется вокруг звезды-компаньона. В связи с этим возникает вопрос: как излучение второй звезды влияет на зону умеренных температур вокруг материнской звезды?

Оказывается, тепло звезды-компаньона, как правило, не влияет на границы зоны умеренных температур. Как было показано в главе 9, обычно планеты обращаются вокруг более крупной и яркой звезды — главной в паре. Если звезда-компаньон находится на достаточно большом удалении и не нарушает стабильность орбиты планеты, то практически всегда единственным источником излучения в пределах зоны умеренных температур является главная звезда.

Следовательно, планеты, обращающиеся вокруг одной звезды в двойных системах, имеют столько же шансов оказаться внутри (или вовне) зоны умеренных температур, что и миры в одиночных системах. К сожалению, полностью исключить влияние звезды-компаньона не получится. Даже если в качестве второго источника излучения она и не оказывает ощутимого влияния на планету, ее гравитационное поле играет свою роль. Вместо круговой траектории, которая бы позволила не выходить за пределы зоны умеренных температур, планета под воздействием притяжения второй звезды, вероятнее всего, движется по вытянутой эллиптической орбите. Если допустить, что зона умеренных температур вокруг главной звезды сохраняет форму круглого пончика, при движении по вытянутой траектории планета должна периодически покидать эту область с максимально благоприятными условиями, а потом возвращаться в нее обратно.

Может ли планета с вытянутой орбитой быть пригодна для жизни? При небольшом эксцентриситете и достаточно большой ширине зоны умеренных температур землеподобная планета вполне может оставаться внутри нее. Из-за изменения расстояния до звезды сезоны будут более выраженными, но вода на поверхности такого мира будет оставаться жидкой. В случае выхода траектории планеты за пределы зоны умеренных температур ситуация осложняется, но это совсем не обязательно означает, что последствия будут катастрофическими. Планета на орбите со значительным эксцентриситетом движется тем быстрее, чем ближе она к звезде. Поэтому жаркое лето продолжается на ней лишь небольшую часть года. За столь короткий период, даже несмотря на воздействие высоких температур, большая часть воды должна сохранять жидкую форму: она просто не успеет испариться до того момента, когда условия на планете вернутся к норме. Более того, благодаря такому ежегодному всплеску температур вода не будет полностью замерзать даже в наиболее удаленной от звезды точке орбиты планеты. Моделировать климат с помощью расчетов чудовищно трудно, но все-таки, основываясь на данных существующих исследований, мы можем предположить, что, если средний уровень излучения, получаемого землеподобной планетой от звезды в течение года, сопоставим с тем, который бы она получала внутри зоны умеренных температур, за счет перехода от высоких температур к низким и обратно вода на ней могла бы сохранять жидкую форму.