Знание – сила, 2000 №12

Почти тотчас и точно тем же способом была обнаружена и вторая внесолнечная планета, ее открыли Марси и Батлер, которые с этого момента и надолго захватили лидерство в гонке за новыми небесными телами (из тридцати трех планет, открытых на данный момент, на их счету около двух десятков). Затем открытия посыпались как из рога изобилия и стали постепенно разрушать некоторые из давно утвердившихся, привычных представлений планетарной астрономии. Одним из таких фундаментальных представлений был тезис об обязательном, почти круговом характере планетных орбит (в действительности планеты обращаются вокруг Солнца по эллипсам, но эти эллипсы на практике близки к окружностям).

Обязательность таких траекторий проистекала из общепринятых представлений о формировании планет. Считается, что планетная семья, равно как и ее центральная звезда, образуется из первичного газопылевого дисковидного облака, медленно вращающегося вокруг своей оси. Звезда образуется благодаря постепенному стягиванию, сгущению центральной части диска, а планеты – за счет сгущений его наружных кольцевых слоев и последующих многократных соударений и слипаний протопланетных глыб. При этом трение в таком диске обязательно стабилизирует новообразовавшиеся планеты на почти круговых орбитах.

Однако орбиты большинства найденных до сих пор внесолнечных планет (18 из 33) оказались крайне далекими от круговых. Эти планеты (их орбиты, кстати, являются самыми большими из всех обнаруженных) обращаются вокруг своих звезд по весьма вытянутым, резко эллиптическим траекториям, длинная полуось которых почти в два раза больше короткой (у солнечных планет эти полуоси практически одинаковы). В сущности, эти орбиты напоминают не планетные, а кометные. Известно, что кометы потому так редко появляются около Солнца, что движутся по очень вытянутым орбитам, крайние точки которых находятся далеко за орбитами планет-гигантов. Между тем кометы – такие же порождения первичного газопылевого диска, как и сами планеты, и потому должны были бы, на первый взгляд, двигаться по почти круговым орбитам.

Астрономы полагают, что это различие вызвано тем, что кометы были вышвырнуты на свои нынешние вытянутые орбиты в результате гравитационных «толчков», которые они получали от планет, когда подходили к ним слишком близко. Открытие внесолнечных планет, движущихся по резко эллиптическим орбитам, показало, что аналогичные толчки могут получать и сами планеты в результате их гравитационного взаимодействия.

Обсчитывание моделей, в которых две воображаемые планеты образовались слишком близко друг от друга (на расстоянии в несколько астрономических единиц), выявило, что их взаимодействие приведет к тому, что одна из них будет неизбежно отброшена на внешнюю периферию своей системы, тогда как другая столь же неизбежно начнет по спирали приближаться к своей звезде. При таком спиральном движении эта вторая планета обязательно потревожит все прочие планеты системы, более близкие к звезде, и исказит их орбиты. Скорее всего, это и является причиной, по которой большинство внесолнечных планет движется по искаженным, вытянутым орбитам.

Приходится заключить, что нам, в нашей Солнечной системе, еще повезло: наши планеты-гиганты, видимо, образовались в несколько ином расположении. Напомним, однако, что некоторое время назад было показано, что по меньшей мере два околосолнечных гиганта – Нептун и Уран – образовались не на тех орбитах, где находятся сейчас, а были вытолкнуты на них гравитационным воздействием Юпитера и Сатурна. Стало быть, и наша Солнечная система подвержена тем же общим закономерностям, что остальные, она в этом отношении типична.

Повсюду в космосе образование планет и формирование их орбит оказывается хаотическим и катастрофическим процессом: хаотическим в том смысле, что его исход крайне резко зависит от самых ничтожных на первый взгляд изменений в начальных условиях, и катастрофическим, потому что по большей части он сопровождается разрушением уже сложившихся планетных орбит и вышвыриванием малых планет типа Земля (а комет – подавно) за пределы всей системы. Это объясняет происхождение тех «блуждающих в космосе», «бездомных» планет, о которых уже не раз писалось. В одной только нашей галактике, Млечном Пути с его двумястами миллиардами звезд (!) таких бездомных скитальцев могут быть миллиарды.

Нам, однако, посчастливилось: в нашей Солнечной системе хаотические и катастрофические взаимодействия затронули только дальние планеты, газовые гиганты, сдвинув их наружу от места образования, но не оказав разрушительного влияния на малые, более близкие к Солнцу планеты. Более того, все планеты нашей системы, в том числе, конечно, и Земля, сохранили почти круговые орбиты. Для существования жизни на Земле это имело решающее значение: даже если бы наша планета была не то что вышвырнута в космос, но даже просто перешла на сильно вытянутую, кометного типа орбиту, возникновение жизни на ней было бы, пожалуй, невозможно. Видимо, стабильные круговые орбиты, характерные для планет Солнечной системы, весьма не частое явление в космосе. Из-за начальной хаотичности любой планетной системы, то есть резкой зависимости ее будущего от начальных условий, такой «почти идеальный» конечный результат, как в нашей семье планет, требует исключительного сочетания исходных обстоятельств.

Расстояние у казано в астрономических единицах.

Сравнительное расположение планет Солнечной системы и некоторых недавно открытых планет

До сих пор мы говорили только об орбитах. Но у планет есть еще и такая характеристика, как масса, и открытие свыше тридцати внесолнечных планет позволяет ответить на вопрос, является наша Солнечная система типичной или не типичной в этом отношении. Из 33 новооткрытых планет 29 обнаружено около обычных звезд и четыре остальных – вблизи так называемых пульсаров (сверхмассивных «нейтронных» звезд, обладающих крайне быстрым вращением). Если расположить массы этих двадцати девяти планет (измеренные в массах Юпитера) в рамках некой гистограммы, то выявится интересная закономерность. Прежде всего, оказывается, что все новооткрытые планеты в несколько раз массивнее Юпитера. Но это пока лишь кажущаяся закономерность.

Дело в том, что нынешние методы обнаружения чувствительны лишь к достаточно массивным планетам – в три-пять и более масс Юпитера (которые оказывают достаточно сильное гравитационное воздействие на свою звезду, чтобы его заметить). Кроме того, эти методы позволяют легче всего найти планету, время обращения которой вокруг звезды составляет три или менее года (период «покачиваний» звезды относительно ее прямолинейной траектории совпадает с периодом обращения планеты, и при более длительных периодах «покачивания» происходят весьма редко, поэтому обнаружить их труднее). Короче говоря, нынешние методы не позволяют обнаружить планету с массой Нептуна, не говоря уже о планете типа Земли. Но если присмотреться к гистограмме, то видно, что наибольшее число новых планет концентрируется на ней как раз около самых малых значений массы. Иными словами, чем меньше масса искомой планеты, тем больше таких планет – число планет возрастает с уменьшением их массы.

Вот это реальная и крайне важная закономерность. Она говорит, что все доныне открытые внесолнечные планеты – скорее всего, только самые большие из существующих, а значит, можно ожидать, что в каждой из исследованных звездных систем (и в неисследованных, разумеется, тоже) на каждую такую планету-гиганта наверняка приходится несколько менее массивных.

Один из главных первооткрывателей внесолнечных планет, американский астроном Джефф Марси охарактеризовал ту же закономерность несколько иначе: «Это подобно разглядыванию каменистого пляжа с большого расстояния – поначалу видны только самые большие камни, планеты размером с Юпитер и больше. Но потом, приблизившись, то есть вооружившись более мощными методами наблюдения, можно надеяться различить и булыжники поменьше – планеты размером с Сатурн и меньше. Увы, различить планеты размером с Землю мы пока не можем, это было бы то же самое, что увидеть на таком пляже мелкую гальку».