Впервые измерена плотность экзопланеты размером с Землю Печать
Новости науки
03.11.2013
Земля относительно невелика и легка, к тому же расположена достаточно далеко от Солнца, чтобы сохранить на поверхности воду в жидком состоянии. Все эти факторы заметно затрудняют поиск планет, похожих на Землю, на орбитах других звёзд. И астрономы рады, когда удаётся найти объект, близкий к нашему миру хотя бы по одному из этих параметров.

Вид с поверхности Кеплера-78b в представлении художника (илл. Jasiek Krzysztofiak / Nature).


Отсюда и ажиотаж, связанный с обнаружением экзопланеты Кеплер-78b, которая чуть больше Земли, но обладает аналогичной плотностью, а потому, скорее всего, и близким составом. Поначалу удалось измерить только орбитальную скорость и радиус орбиты, а теперь опубликованы две статьи, в которых содержатся первые оценки массы. Кеплер-78b примерно на 20% крупнее Земли и на 70% тяжелее, но плотность по-прежнему почти совпадает с земной, то есть планета, вероятно, состоит из железа и камня.

Объект открыли в августе с. г. благодаря анализу данных космического телескопа «Кеплер» (который, увы, уже сдал вахту). Кеплер-78b облетает свою звезду за 8,5 часа и, скорее всего, постоянно обращена к светилу одной и той же стороной, как Луна к Земле.

Обнаружили её так же — когда планета прошла между Землёй и своей звездой, слегка (всего на 0,02%) затмив свет последней. Такие транзиты пока остаются самым надёжным методом выявления небольших экзопланет. Главная альтернатива — действие силы тяжести планеты на звезду, которое можно отследить по небольшому изменению спектра светила в связи с эффектом Доплера. Транзитный и доплеровский методы дополняют друг друга. Доплеровский позволяет измерить массу экзопланеты, ибо учитывает гравитационный эффект. Транзитный даёт возможность оценить размер объекта: чем крупнее мир, тем больше света он блокирует, и наоборот. Хотя методы лучше всего подходят для обнаружения крупных и массивных планет, внимательное наблюдение позволяет заметить даже крошку размерами меньше Меркурия.

Идеальный вариант — когда удаётся измерить и массу, и габариты экзопланеты и тем самым установить её плотность. Выяснилось, что планеты с радиусом, превышающим земной в 2–4 раза, встречаются очень часто, но показатели плотности сильно «гуляют»: есть и каменистые «суперземли», и нептуноподобные миры, состоящие из соединений водорода. Однако до сих пор точные измерения массы планет размером с Землю не выполнялись. (Не забывайте: если радиус планеты вдвое больше земного, это значит, что её объём в восемь раз превышает земной, а площадь поверхности — вчетверо.)

Здесь и ниже изображения David A. Aguilar (CfA).


Чтобы выяснить массу Кеплера-78b, две группы астрономов работали параллельно, пользуясь спектроскопическим инструментарием двух обсерваторий — телескопом Keck I на Гавайях и прибором HARPS-N на острове Пальма близ африканского берега. Обе делали ставку на едва заметный эффект Доплера. Полученные в итоге очень похожие результаты (несмотря на конкуренцию — правда, дружескую) говорят о том, что выводам стоит верить.

Самой трудной задачей было отделение воздействия планеты от других причин колебаний светимости звезды. Например, появление на её поверхности аналогов солнечных пятен можно ненароком принять за транзит — вот почему один гипотетический транзит не считается и надо наблюдать за системой как можно дольше. Так вот, исследователи прикинули скорость вращения звезды и вычислили среднюю величину флуктуаций светимости, только после этого приступив к измерению эффекта Доплера. Выполнить эти наблюдения было нелегко, и, скорее всего, этот подвиг нельзя будет повторить на примере планет аналогичного размера, расположенных на более значительном от нас расстоянии.

Оценки погрешности значений, полученных двумя группами, пересекаются. Команда, работавшая с «Кеком», оценила радиус экзопланеты в 1,20, а массу — в 1,69 земной, откуда следует, что плотность равна 5,3 г/см³. Исследователи с Пальмы дают такие значения: 1,16, 1,86 и 5,57 соответственно. Напомним: плотность Земли составляет около 5,54 г/см³, показатель других каменистых миров (Меркурия, Венеры, Марса и Луны) чуть ниже, но сопоставим с нашим. Следовательно, можно с высокой долей уверенности предполагать, что планета Кеплер-78b тоже сложена камнем и железом.

Звезда Кеплер-78a приблизительно на 20% меньше Солнца и на 600 °C холоднее. Тем не менее планета настолько близка к светилу, что температура её поверхности оценивается в 4 800 °C: этого достаточно, чтобы расплавить породу и заставить выкипеть любую атмосферу.

Такая близость к звезде означает скорую гибель планеты. Приливные силы деформируют её, удельная орбитальная энергия снизится, Кеплер-78b подойдёт к светилу ещё ближе и достигнет предела Роша, после чего тело будет разорвано на кусочки. Из этого следует, что планета не могла сформироваться там, где она сейчас находится. Кроме того, астрономы указывают ещё на одну тонкость: в эпоху формирования планет тамошняя звезда была крупнее, чем сегодня, и поглощала нынешнюю орбиту Кеплера-78b. По-видимому, там произошли какие-то масштабные события, вызвавшие перетасовку всей системы.

Итак, этот мир ни в коем случае не назовёшь землеподобным: несмотря на аналогичный химический состав, он больше напоминает ад, чем дом. Тем не менее каждое открытие вроде этого помогает нам лучше понимать широту диапазона типов экзопланет и нюансы формирования звёздных систем.




Результаты исследований опубликованы в журнале Nature двумя статьями.

Подготовлено по материалам Ars Technica.

Источник - http://compulenta.computerra.ru/universe/astronomy/10009830/