Мир экзопланет: водяные планеты
Кажется, что в дальнем космосе много странного. Но мудрые, хотя еще и не располагающие телескопами, предки говорили, что если кажется, надо креститься. Ведь звезды, а за ними и планеты – продукт воздействия общего для Вселенной закона всемирного тяготения на однообразный же материал – туманности, состав которых, в свою очередь, закономерен, и может, и то несущественно, варьироваться лишь по этапам эволюции Вселенной и по типам галактик. Воздействие же закономерностей на газопылевую смесь в зависимости от массы коллапсирующего облака, радиуса орбиты протопланетного кольца, массы этого кольца порождает все разнообразие тел. Разнообразие значительное, много превосходящее то, что мы можем наблюдать в пределах Солнечной системы, но тем не менее ограниченное и вполне предсказуемое.
Три типа планет
Собственно, при рождении звезды из остаточного газопылевого диска планет сформироваться может всего три типа. Из которых в Солнечной системе представлено два.
Первый тип – это лучше всего знакомые человеку, обитающему на одной из них и таким образом располагающего издревле доступным образцом для изучения, каменистые планеты. Данные тела формируются внутри «снеговой линии» – слишком близко к звезде, чтобы даже водяной пар, не говоря уж о других газах, замерз и в форме снега вошел в состав планеты. Протопланетные кольца каменистых планет обедняются легкими, летучими при высокой температуре веществами еще до образования планетезималей из пыли, и далее с каждым этапом этот дефицит усугубляется. Как следствие, готовая планета состоит почти исключительно из веществ тугоплавких – металлов и силикатов. Соотношение тех и других может разниться, как, например, в составе Меркурия относительная доля железа выше, чем в составе Марса. Поскольку в кольце Меркурия было так жарко и ветрено, имея в виду давление солнечного ветра, что его частично покинул и кремнезем. Однако данный фактор, как и тонкие различия в остатках легких веществ, не имеет отношения к рассматриваемому вопросу.
Масса каменистого тела может колебаться от 0,01 до 10 масс Земли. Нижний предел не определен, но едва ли меньшая, нежели Луна, планета может представлять интерес с точки зрения возможности поддержания жизни. Потолок же… ну… 10 масс Земли одних только металлов и силикатов – это очень много. Это масса ядра Юпитера. Причем гигант собрал ее не из одного, а сразу из трех самых плотных протопланетных колец. Главное же, при высокой массе планета начинает собирать из рассеивающейся туманности газы – сначала тяжелые, а затем гелий и водород. Из газов же туманность состоит по преимуществу, что ведет к экспоненциальному росту и превращению планеты из каменистой в газовый гигант.
Достаточно хорошо изучены, как следствие, и понятны также планеты второго типа – газовые. В Солнечной системе они представлены в ассортименте, хотя и не полном. Налицо собственно газовые гиганты (Юпитер, Сатурн) и гиганты ледяные (Уран и Нептун). Отсутствуют же достаточно обычные в системах других звезд горячие «юпитеры» и «нептуны». По строению и составу упомянутые подтипы имеют между собой не так уж много общего. Газовые гиганты состоят преимущественно из водорода и гелия (в том числе из металлического водорода), что сближает их со звездами, планемо и планетарами. Ледяные же газов содержат мало. Основным наполнителем, как можно понять из названия, в их случае является суперионный лед… Соответственно, различаться, причем радикально, будут условия на «горячих» (близких к светилам) и «холодных» газовых планетах. Но опять-таки в рамках рассматриваемой проблемы данные различия не играют роли. Достаточно иметь в виду, что все газовые планеты имеют плотную, преимущественно водородную атмосферу, но лишены поверхности. Как твердой, так и жидкой. Газ по мере нарастания давления переходит в сверхкритическую жидкость – одновременно кипящую и кондесирующуюся. Жидкость же, снова без четкой границы, – в раскаленный текучий лед.
Формироваться газовые планеты могут как за снеговой линией, так и при благоприятном стечении обстоятельств даже внутри нее. Масса же их варьируется от 0,05 масс Юпитера (15 масс Земли) до 13 масс Юпитера, после чего тела переходят в класс планетаров.
И кстати о льде, упоминавшемся выше, – суперионном, горячем, текучем. Третий тип планет, хоть прямо в Солнечной системе и не представлен, но в космосе очень широко распространен.
Это водяные планеты.