Книга: Все эти миры — ваши. Научные поиски внеземной жизни

Горячие юпитеры

Горячие юпитеры

Чтобы охарактеризовать недавно открытые экзопланеты, нам придется выдумать новые термины — новые слова для новых классов планет. Теперь вокруг звезд нашей галактики Млечный Путь обращаются горячие юпитеры и сверхземли. Самое удивительное в том, что касается недавно открытых экзопланет — различными методами, не только с помощью «Кеплера», — это их невероятное разнообразие. Упомянутая ранее 51 Пегаса b была первым обнаруженным горячим юпитером, а теперь я хочу представить вам Ипсилон Андромеды b. Звезда Ипсилон Андромеды расположена в 44 световых годах от Земли. Это звезда спектрального класса F, немного горячее и ярче нашего Солнца и, по счастливой случайности, видимая невооруженным глазом‹‹7››. Ипсилон Андромеды b была обнаружена в 1996 г., через год после 51 Пегаса b, и это еще один пример горячего юпитера — этой удивительной новой разновидности планет. Но на каких измерениях основано это утверждение? А конкретнее, как мы определяем температуру планеты?

На основании лучевых скоростей планет в системе Ипсилон Андромеды мы смогли определить, что масса Ипсилон Андромеды b равна примерно половине массы Юпитера и он обращается вокруг своей родительской звезды за 4,6 суток. Если масса звезды сопоставима с массой Юпитера, мы можем считать, что этот мир похож на Юпитер, но почему в таком случае он горячий? Чтобы в этом разобраться, мы должны вспомнить третий закон Кеплера и зависимость между периодом вращения и орбитальным радиусом. Если масса родительской звезды примерно такая же, как у Солнца, мы можем представлять себе орбиту Ипсилон Андромеды b в масштабах нашей Солнечной системы. Итак, если период обращения составляет 4,6 суток, то орбитальный радиус Ипсилон Андромеды b равен приблизительно 1/12 (точнее 0,06) а. е. Это примерно восьмая часть расстояния от Меркурия до Солнца. Очевидно, это будет горячая планета, но можно ли сказать точнее?

Чтобы определить температуру поверхности планеты, мы должны сделать одно важное допущение: большую часть энергии, полученной от своей родительской звезды, планета отдает в космос. На основании температуры родительской звезды, доли ее излучения, поглощаемой планетой (в противовес отражаемому излучению), и орбитального расстояния планеты можно подсчитать температуру энергетического баланса на поверхности планеты. Для Ипсилон Андромеды b равновесная температура оказалась больше 1130 °C — действительно горячо!

Однако вскоре выяснилось, что, если вычесть влияние планеты Ипсилон Андромеды b на доплеровское смещение родительской звезды, у нее по-прежнему будут наблюдаться заметные колебания лучевой скорости, а значит, в ее системе есть и другие планеты. Как оказалось, Ипсилон Андромеды обладает четырьмя планетами с массами порядка массы Юпитера, обращающимися на расстоянии, сопоставимым с орбитальным радиусом Юпитера в нашей Солнечной системе. Три оставшиеся планеты более удалены от звезды, чем планета b, и, следовательно, температуры равновесия для них будут ниже. Я надеюсь, что на этом месте у вас что-то щелкнуло и вы увидели связь между равновесной температурой и зоной обитаемости. Хотя зону обитаемости можно определить несколькими способами — от самых простых, не выходящих за рамки курса общей физики, до более сложных, учитывающих состав атмосферы конкретной планеты, — но проще всего, наверное, сказать, что границы зоны обитаемости устанавливаются из расчета, что температура равновесия для планет должна находиться в диапазоне между 0 и 100 °C.