Экзопланеты – этим термином обозначают планеты, расположенные вне пределов нашей Солнечной системы.
Планета – небесный объект, который обладает массой, достаточной для того, чтобы он мог иметь сферическую форму, не является чьим-либо спутником и имеет свободную орбиту.
Состав экзопланет
Сложность изучения строения экзопланет связана с тем, что у исследователей недостаточно информации о них, а также тем, что изучая недра даже нашей Земли, не говоря про чужие планеты, специалисты не знают, как может себя вести вещество в условиях такой плотности.
Исследование экзопланет при помощи наблюдений также не дает полной информации. Фактически, исследователи могут лишь измерить массу и радиус далеких экзопланет.
Также для определения состава экзопланет важен такой параметр как поток излучения, который исходит от звезды к планете, и то, насколько этот поток излучения согревает планету.
Исследователи не могут для экзопланет построить детальные модели. При этом разработка простых моделей для экзопланет помогает связать для большей части экзопланет массу и радиус.
Состав экзопланет можно свести к трём основным типам, имеющим прототипы в нашей Солнечной системе:
- Такие планеты как Юпитер и Сатурн, которые в основном являются газовыми гигантами, поскольку состоят из газа.
- Планеты наподобие Урана и Нептуна, которые ещё называют ледяными гигантами. Такое название связно с тем, что они сформированы льдами различных типов.
- Планеты наподобие нашей Земли или каменные планеты. Такие планеты обладают большим разнообразием.
Остальные экзопланеты так или иначе можно вписать в ту или иную классификацию. Это связано с тем, что специалисты в недрах чужих и далеких планет выделяют три основных слоя, которые могут сформировать их структуру.
К таким структурам относят
- Твердое ядро, которое может состоять из смеси минералов и железа.
- Ледяной слой
- Сильная газовая оболочка.
Неверной является мысль, что экзопланеты подобны по размерам планетам в нашей Солнечной системе, и что маленькие планеты непременно являются каменными, а те, что в 10 раз больше массы Земли обязательно ледяные гиганты.
Однако, в реальности положение обстоит сложнее. И важным в исследованиях являются вопросы особенностей формирования планеты, где и когда это произошло, как планета перемещалась по своей планетной системе, и что с ней происходило позднее, когда она уже заняла свою стационарную орбиту.
Согласно исследованиям и наблюдениям, экзопланеты имеющие до 4 масс Земли называют суперземлями. В основном такие планеты являются каменными, без значительных оболочек из газа или льда. И чем больше масса, тем больше плотность планеты в таких случаях. . Однако, планеты, имеющие массу свыше 4 масс Земли, имеют обратную зависимость. То есть чем больше размер и масса планеты, тем плотность её становится меньше. Таким образом, масса свыше 4 земных масс, является критической для планеты. При ее превышении экзопланета начинает увеличиваться за счет газовой оболочки. Это приводит к увеличению видимого размера планеты, но мало сказывается на массе планеты и ведет к снижению её средней плотности.
Отмечается, что самые тяжелые планеты, вращаясь слишком близко около звезд, теряют свою газовую оболочку. В таком случае не будет критической потери массы, но при этом размер планеты изменится довольно сильно, также останется и каменное ядро, находящееся в недрах такой планеты.
Стоит сказать, что исследователи на данный момент не знают, всегда ли имеет место быть сочетание в крупных планетах всех трех возможных слоев, таких как твердое ядро, ледяная оболочка, а также мощная оболочка, состоящая из газа.
Исследователи с помощью комбинаций упомянутых трех составляющих в основном удалось описать практически всё многообразие экзопланет, которые наблюдают ученые. Но при этом остаются вопросы:
- всегда ли у крупных планет имеются твердые ядра,
- какова типичная масса таких твердых ядер,
- как всё это может меняться в ходе миграции планеты и в результате её эволюции.
При этом постоянно находятся новые космические объекты, которые не встраиваются в схемы классификации.
Так, существуют большие планеты, которые имеют очень большую высокую среднюю плотность. Например, есть планеты, которые по своей массе в несколько раз превышают Юпитер, но при этом её средняя плотность выше, чем у стали. При этом планета остается газовым гигантом, и у неё есть довольно массивное и плотное ядро. И в центре плотность может достигать очень больших показателей и быть равной 10 г/см3. И в тоже время исследователи наблюдают непонятные рыхлые планеты, у которых плотность меньше воды раз в 20. И такие планеты пока объяснить наиболее трудно.
Таким образом, ученым пока не хватает ни данных наблюдений, ни теорий, с помощью которых было бы возможно объяснить, как экзопланета устроена изнутри, и каким образом складывалось и формировалось многообразие экзопланет.
Последние открытия
Последние открытия ставят перед исследователями новые вопросы.
Так, международной команде астрономов из Обсерватории в Испании под названием Калар-Альто удалось обнаружить две практически одинаковые суперземли, которые вращаются вокруг спокойных и схожих по своим характеристикам красных карликов. Исследователи получили данные, которые снова подняли вопрос об особенностях развития суперземель.
Отмечается, что практически все известные специалистам суперземли, имеющие 5-8 масс Земли не имеют соседей и являются одинокими. В то же время, экзопланеты, которые обладают меньшей массой, а именно 0,5-2 масс Земли, в большинстве своем обитают в семействах с множеством планет.
В результате исследователи приходят к такой мысли, что суперземли, имеющие большую массу, могут каким-то образом мешать появлению более меньших соседей, или же такие суперземли возникают в результате столкновения и «слипания» более скромных по размерам планет. Также подобные процессы могут быть зависимы и от массы, которой обладает родительская звезда.
