Планеты стало легче классифицировать благодаря космическому телескопу Kepler, пишет британский журнал The Economist.
Отправной точкой науки является сбор информации о предметах исследования — животных, растениях, минералах, элементах, даже звездах.
Затем, когда коллекция достаточно велика, начинают проявляться шаблоны. Животные и растения попадают в филогенетические деревья, минералы — в кристаллические группы, элементы — в периодическую таблицу, звезды — в диаграмму Герцшпрунга-Рассела. Эти шаблоны требуют и предлагают объяснение.
Таким образом, теория эволюции, наука о кристаллографии, понимание химической связи и описание того, как звезды блестят в течение их жизни, — все вышло из классификации коллекций. Теперь, похоже, нечто подобное происходит и с планетами.
Четверть века назад были известны только девять планет Солнечной системы, число которых впоследствии уменьшилось до восьми в результате понижения в должности Плутона. Однако к этим близлежащим мирам присоединились еще тысячи звезд орбиты, отличных от Солнца.
Многие из них были обнаружены или подтверждены благодаря американскому космическому телескопу Kepler, построенному в 2009 году с конкретной целью поиска небольших, потенциально похожих на Землю тел, а не крупных, тяжелых, подобных Юпитеру газовых гигантов, которые составили основную часть предыдущих открытий.
19 июня Эндрю Ховард из Калифорнийского технологического института и его коллеги объявили о последней серии открытий Kepler’а. Из них 219, в том числе десять, которые имеют размер Земли и сходную температуру поверхности, могут поддерживать жизнь. Они также объявили о результатах анализа всего маршрута Kepler’а, суть которого в том, что маленькие планеты, по-видимому, имеют два разных типа.
Каждый тип планеты зависит от ее точного размера. Но между меньшим и большим типами наблюдается заметный разрыв, который, по-видимому, отражает то, как масса и химический состав взаимодействуют в закрученных облаках газа и пыли.
Одним из ранних выводов Kepler’а было то, что среди Земли, пятой по величине планеты в Солнечной системе, имеется множество объектов, промежуточных по размерам. Нептун —четвертый по величине. Поскольку диаметр Нептуна в четыре раза больше Земли, это большой пробел для заполнения.
В верхней части диапазона находятся так называемые мини-нептуны. Это в основном газ, но, как предполагается, имеющий сердцевину из камня и льда. На нижнем конце расположены скалистые объекты с небольшой атмосферой или без них. Это самые большие из земных планет, похожие по составу на внутренние планеты Солнечной системы и иногда называемые суперземлями. Одной из причин этого недостатка ясности было отсутствие точных измерений диаметров экзопланет.
Kepler, который работает путем измерения падения света звезды, вызванного проходящей перед ним планетой, не может определить размер этой планеты напрямую. Скорее, он измеряет относительные размеры планеты и звезды. Размер звезды выводится из его спектра.
До недавнего времени большинство звезд, вокруг которых Kepler делал такие открытия, не анализировали их спектры. Теперь это изменилось благодаря крупнейшим телескопам в мире, среди которых — в обсерватории на Гавайях. Используя их, доктор Говард и его коллеги измерили спектры и, следовательно, размеры 1 300 из этих звезд.
Добавление данных обсерватории и Kepler’а ясно показывает различие между мини-нептунами и сверхземлями. Максимальный диаметр скальных планет в 1,75 раза больше, чем у Земли. Самые маленькие мини-нептуны в два раза больше диаметра Земли. Разрыв между этими двумя (разница в объеме 50%) предполагает, что тела промежуточного размера неустойчивы.
Доктор Говард и его коллеги подозревают, что разрыв вызван тем, как формируются планетарные атмосферы. Их расчеты показывают, что скачок между скальной планетой с небольшой атмосферой или отсутствием атмосферы и мини-нептуном — с большой — требует добавления лишь около 1% массы планеты в виде водорода и гелия. Так как это два самых легких элемента, они обеспечивают большой объем для небольшого веса. И, поскольку они являются самыми многочисленными элементами, они легко доступны.
Быть легким, однако, означает, что можно легко теряться. Это важно. Доктор Говард и его команда считают отсутствие предметов в промежутке между крупнейшими скальными планетами и наименьшими мини-нептунами — следствие тел, которые в противном случае заполнили бы его, имея недостаточную гравитацию, чтобы удерживать их атмосферы. Вместо этого излучение от их родительских звезд удаляет эти атмосферы.
Большое количество мини-нептунов вокруг (почти в каждой планетарной системе, найденной Kepler’ом, есть по крайней мере одна) поднимает вопрос о том, почему в Солнечной системе их нет. Это потребует более тщательного изучения, с более совершенными инструментами. И прогресс этой задачи — это PLATO, объявленный Европейским космическим агентством 20 июня.
Вылет запланирован на 2026 год. PLATO будет искать планеты среди сотен тысяч звезд. Его главная цель — искать те, которые могут поддерживать жизнь. Тем не менее, как и Kepler, он дополнит огромное количество карт астрономов и, следовательно, ведет к развитию науки о планеологии.
