Газета Троицкий Вариант # 51 - [16]
Сейчас Параскева вошла во все учебники по реставрации. Впрочем, читать их не обязательно: достаточно перейти мост, соединяющий Софийскую сторону и Торговую.
Есть ли жизнь на ...?
Борис Штерн
Эта статья продолжает публикацию про наблюдения экзопланет, опубликованную в ТрВ № 49, где представлены основные факты, известные на настоящий момент. Повторим основное.
Итак, известно 442 планеты у других звезд (на момент написания предыдущей статьи было 429). Почти все они гораздо больше Земли, большинство сравнимо по массе с Юпитером. Их орбиты совсем не похожи на то, что мы видим в своей системе: многие планеты-гиганты вращаются совсем близко к звезде («горячие юпитеры»), а те, что вращаются подальше, в большинстве имеют вытянутые орбиты, как будто избегая круговых. Кроме того, что эти системы не похожи на Солнечную, они в большинстве не подходят для жизни: аналога Земли со стабильной орбитой в них быть не может. Конечно, такие планетные системы легче обнаруживаются, чем копия нашей. Вопрос: насколько «уродливость» обнаруженных систем проистекает из наблюдательной селекции и насколько это — грустная правда жизни?
Несмотря на то, что систем с горячими юпитерами обнаружено много, они не столь уж типичны. Гиганты с орбитальным периодом в несколько дней при современных методах обнаруживаются наверняка с расстояний до пары сотен световых лет. И если у звезды не найдено горячего юпитера, значит его там действительно нет. Оказывается, гиганты с периодом обращения в несколько дней есть только у 1-1,5% звезд, близких к Солнцу по светимости. Гиганты на орбитах, сравнимых с орбитами Меркурия или Венеры, обнаруживаются тоже достаточно легко: такие системы есть у 3-4,5 % звезд. В этих системах жизнь весьма проблематична. Для подавляющего же большинства звезд остается полный простор для фантазии. Можно ли как-то ограничить этот простор с помощью теории? Пожалуй, да.
Существовавшие ранее взгляды на образование планетных систем сложились под сильным влиянием единственного известного экземпляра. В теории образования Солнечной системы все логично: газово-пылевой протопланетный диск становился все более плоским и структурированным (типа колец Сатурна). Все двигалось по круговым орбитам. Ближе к Солнцу -только пыль, подальше — пыль, частицы льда и газ. За счет слипания частиц образуются глыбы, из них — зародыши планет. Тяготение крупных зародышей становится заметным, и темп роста ускоряется. Поближе к звезде, где газа мало, образуются планеты земной группы, поодаль — твердые зародыши с массой в десяток земных стягивают на себя газ, вырастая в планеты-гиганты. Вдали от звезды, где газа чуть поменьше образуются ледяные гиганты (Уран и Нептун). Процесс протекает не менее 10 миллионов лет, в результате образуется хорошо сбалансированная устойчивая система. Это, конечно, сильно упрощенная картина.
Пересмотр
Теперь известных экземпляров много, и они, как уже было сказано, не вписываются в эту картину. Во-первых, горячие юпитеры. Там, где их находят, они образоваться не могли — звезда выметает весь строительный материал из этих областей. Их открытие стимулировало теорию: был открыт эффект миграции планет. Образовавшись, планета выедает в диске кольцевую щелью. Однако она взаимодействует с веществом диска за пределами щели, и если диск достаточно массивный, то орбита планеты начинает меняться. Как правило, уменьшается, но иногда может и увеличиваться. Орбита меняется до тех пор, пока планета не мигрирует за пределы диска, например в ближайшую окрестность звезды, где все вещество выметено ее излучением и ветром. Там она и остается.
Второй радикальный переворот в представлениях пришел с пониманием того, что протопланетный диск вовсе не обязательно должен быть столь же идеален, как кольца Сатурна. Он может быть кривым (это наблюдают), он может быть неоднородным по азимутальному углу и даже иметь спиральные рукава, подобные галактическим. Алан Босс (Институт Карнеги, США) в 1997 г. с помощью численного моделирования выявил образование спиральных рукавов в протопланетном диске и их уплотнение до той стадии, когда должна начаться гравитационная неустойчивость — прямой и быстрый коллапс больших облаков газа в планеты-гиганты без всяких твердых зародышей. Впоследствии численное моделирование провели с лучшим разрешением, что позволило проследить процесс дальше. Некое представление о нем дает рис. 3, где показана эволюция диска за очень короткий промежуток времени — буквально за несколько орбитальных периодов. Видно также, что скорость процесса очень сильно зависит от плотности диска: изменение на 10% радикально меняет картину. Итак, неустойчивость развивается мгновенно по астрономическим масштабам, и планеты-гиганты рождаются сразу многочисленными выводками, как видно из нижней правой картинки.
