Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли

Существующие модели формирования круговых орбит показывают, что это возможно. Но они предусматривают ряд ограничений. Во-первых, выброшенная планета, оказавшаяся на вытянутой орбите, должна быть массивной: взаимное притяжение газа и планеты должно быть достаточно сильным, чтобы создаваемое при этом сопротивление достигало необходимой величины. Миры размером с Плутон или Землю просто недостаточно велики, чтобы обеспечить нужную силу притяжения. Поэтому карликовая планета вроде Седны не может быть переведена на круговую траекторию, тогда как планета размером с суперземлю или Нептун вполне может перейти на такую орбиту. Наконец, чтобы обеспечить достаточное сопротивление, протопланетный диск вокруг далеких миров должен оставаться весьма плотным. Если он испарится до момента рассеивания планет, вместе с ним исчезнет и сила, которая способна сформировать круговые орбиты. Оценить вероятность такого сценария не представляется возможным.

Гигантские планеты рядом с HR 8799 подтверждают, что «планета Х» может существовать. Если массивные планеты действительно могут выталкиваться во внешние области планетной системы, а затем переходить на круговые траектории, вполне может оказаться, что в нашей Солнечной системе существует далекий скрытый мир. Надежда найти его заставляет продолжать поиски в окрестностях Солнца.

Прогноз погоды: завтра будет на 1000 °C теплее, чем сегодня

Немногочисленность планет с вытянутыми орбитами в Солнечной системе и отсутствие убедительного объяснения их происхождения заставляют нас предположить, что и в других планетных системах такие траектории вокруг других звезд встречаются также нечасто. Но результаты наблюдений говорят обратное.

Оказалось, что в мире экзопланет преобладают не ровные круговые орбиты, а эллиптические траектории разной степени вытянутости. В непосредственной близости от звезды, в пределах 0,1 а.е., приливные силы, вызванные мощным притяжением звезды, удерживают планеты на круговых орбитах. Но на расстоянии более 1 а.е. (случай Земли) эксцентриситет орбит экзопланет в среднем составляет 0,25, то есть превышает аналогичный показатель любой из планет в Солнечной системе. Причем миры на вытянутых орбитах — это не карлики размером с Седну, вытолкнуть которые не составило бы труда. Нет, эллиптические орбиты с наибольшим эксцентриситетом характерны для массивных миров крупнее Нептуна. Некоторые из них просто поражают воображение.

Один из таких примеров — звезда HD 80606, устроившаяся в районе «передней лапы» в созвездии Большая Медведица. Эта солнцеподобная звезда находится на расстоянии 190 световых лет от нас. Вокруг нее обращается одинокая планета с массой около четырех масс Юпитера и эллиптической орбитой, степень вытянутости которой кажется неправдоподобной. Эксцентриситет орбиты HD 80606 b составляет 0,93 — почти как у кометы Галлея. Уникальность ее не только в том, что для формирования такой орбиты одного толчка точно недостаточно, но и в том, что в ходе наблюдений не удалось обнаружить ни одной другой планеты, от которой бы такой толчок мог исходить. Траектория HD 80606 b настолько вытянута, что в ближайшей к звезде точке расстояние между двумя телами составляет каких-то 0,03 а.е., то есть равно 3% расстояния между Землей и Солнцем и всего лишь в четыре раза превышает размер самой планеты. В самой удаленной точке орбиты расстояние до планеты приближается к расстоянию от Солнца до Земли, достигая 0,88 а.е. Однако даже здесь температура слишком высока для беспрепятственного формирования газового гиганта. Чтобы совершить полный оборот по своей эллиптической петле, HD 80606 b требуется не более трети земного года.

Согласно второму закону Кеплера о движении планет, прямая, проходящая от звезды к планете, всегда описывает равные площади за равные промежутки времени. Для наглядности можно представить себе эту прямую в виде снегоочистителя, для которого установлена суточная квота на уборку снега. При сильно эллиптической орбите прямая между планетой и звездой сжимается, когда планета проходит вблизи звезды. Значит, чтобы убрать столько снега, сколько полагается в рамках квоты, снегоочистителю придется двигаться намного быстрее в течение соответствующих суток. Следуя этой аналогии, ближе к звезде планета движется быстрее, чем вдали от нее.

В результате действия второго закона Кеплера лето на HD 80606 b длится один день, в течение которого выгорает все, что только есть на поверхности этой планеты.