Планеты-2
Есть такое твёрдое правило. Встал поутру, умылся, привёл себя в порядок - и сразу же приведи в порядок свою планету!
© Антуан де Сент-Экзюпери, «Маленький принц»
В предыдущей статье мы познакомились с группой детского сада из планет, ее внутренними правилами и необходимыми для прохождения приемной комиссии навыками, которыми должен обладать соискатель места в планетарной системе. Но дети похожи только в одном: они все меньше взрослых, т.е. звезд. Но каждый из ребятишек по-своему уникален. На основе общих интересов, черт характера и навыков детвору планет можно разделять на разные группы, на чем строится классификационные системы для этих астрономических тел.
Планетарную группу детсадовцев можно разделить на две основные подгруппы: рыхлые здоровяки с невысокой плотностью – планеты-гиганты, и ребята поменьше, но зато имеющие твердую поверхность характера – землеподобные планеты. Несмотря на вхождение в состав одной и той же группы космических тел – планет – эти два подвида сильно отличаются друг от друга. Знакомиться с этими бандами малолетних разбойников мы будем по отдельности. И начнем с планет-гигантов.
Планеты-гиганты также называются газовыми гигантами. Хотя первое название – более общее и характеризует всю подгруппу крупных планет, в то время как определение «газовый гигант» затрагивает только планеты, процент содержания водорода и гелия в которых составляет 90%. Однако к планетам-гигантам относятся также водные и ледяные гиганты, состоящие из указанных выше элементов лишь на 15-20%. Этот частный случай показывает, что планеты-гиганты тоже делятся на различные виды в зависимости от своего химического состава или положения относительно родительской звезды. Химический состав, в свою очередь, зависит от температуры небесного тела. Но история формирования планет-гигантов такая же, как и у любых других: путем аккреции, т.е. путем приращения своей массы гравитационным притяжением материи из планетарного диска (см. предыдущую статью). Или, другими словами, путем поедания гороховой каши на обеде, которая раздувает их до громадных размеров во время тихого часа.
Гиганты состоят в основном из водорода и гелия, имеют небольшую плотность и короткий период суточного вращения, который обуславливает сильное сжатие у полюсов. Их структура включает в себя несколько слоев и атмосферу, давление которой в определенный момент возрастает достаточно, чтобы водород принял жидкую форму. Ниже располагается слой т.н. металлического водорода (совокупность фазовых состояний водорода при высоком давлении), электрические токи которого порождают мощное магнитное поле. По недоказанной в настоящее время теории еще ниже расположено относительно небольшое каменное или металлическое ядро. В атмосферах же бушуют сильные ветра со скоростями до нескольких тысяч км/ч и образуются атмосферные постоянные в виде гигантских вихрей (например, Большое Красное Пятно на Юпитере).
Классификация планет-гигантов по удаленности от звезды-воспитательницы делит их на «холодные юпитеры» и «горячие юпитеры». Кроме того, существует вторая система классификации планет-гигантов, основывающаяся на их внешнем виде.
«Холодные юпитеры» с «горячими юпитерами» объединяет одинаковая масса (около массы Юпитера (1,9⋅1027 кг)). На этом их сходства заканчиваются.
«Холодные юпитеры» - ребята самодостаточные и независимые от подачек воспитательниц-звезд в виде тепла и способные получить это тепло в результате своих внутренних процессов. Орбиты таких планет расположены на большом расстоянии от звезды (в случае самого Юпитера оно составляет 5 атмосферных единиц (а.е. – единица измерений расстояний в астрономии, примерно равная среднему расстоянию от Земли до Солнца)).
«Горячие юпитеры», наоборот, те еще прилипалы и тянут из воспитательницы-звезды огромное количество тепла. Ведь их орбиты расположены гораздо ближе к звезде, чем орбиты «холодных юпитеров». Среднее расстояние до их орбит – 0,05 а.е., что на один порядок ближе, чем Меркурий расположен к Солнцу и на два порядка – чем Юпитер к нему же. Горячие юпитеры гораздо проще обнаружить, т.к. они вносят заметные короткопериодические возмущения в движение звезды, которые могут быть обнаружены по смещению линий ее спектра. Кроме того, велика вероятность прохождения такой планеты перед диском звезды, что уменьшает ее светимость. Близкое расположение к родительской звезде и, следовательно, дополнительное нагревание вызывает и дополнительное термическое расширение планеты, поэтому горячие юпитеры имеют большие размеры, чем аналогичные по массе, но расположенные дальше, планеты. Считается, что такие планеты образуются во внешней части планетарной системы, т.к. возле звезды материала недостаточно, и потом мигрируют к центру системы из-за торможения в газопылевом диске. Некоторые приближаются к воспитательнице-звезде настолько близко, что период их вращения вокруг нее составляет всего 1-2 дня. Это самые горячие из известных планет. Называются они короткопериодическими горячими юпитерами. Если такая планета имеет маленькую массу (менее 2 масс Юпитера), то она не способна удержаться от разогрева собственной гравитацией, что приводит к еще большему термическому расширению и экстремальному падению плотности. Такие планеты называются «рыхлыми» и представляют собой скорее газовое облако, чем планету.