Планеты уран и нептун

Уран и Нептун намекнули на существование большого количества экзолун

Спутники ледяных гигантов Урана и Нептуна могли образоваться из холодного газообразного околопланетного диска, что указывает на потенциально гораздо большее количество экзолун вокруг самого распространенного типа экзопланет и расширяет область поиска внесолнечных обитаемых миров, заявляют ученые в статье, принятой к публикации в журнале The Astrophysical Journal.

«Сегодня принято считать, что спутники у гигантских планет рождаются в окружающих их дисках из газа и пыли, но до сих пор было неясно, сможет ли меньший по массе объект, подобный Урану, сформировать луны аналогичным образом», – рассказывает Юдит Силадьи, ведущий автор исследования из Центра теоретической астрофизики и космологии Цюрихского университета (Швейцария).

Экзонептун в представлении художника. Credit: NASA/Goddard/Francis Reddy

В нашей Солнечной системе наибольшее количество спутников вращаются вокруг газовых гигантов Сатурна и Юпитера, и самые крупные из них, как предсказывают современные модели, образовались на последнем этапе формирования этих планет в окружающих их мини-версиях протопланетных дисков.

С другой стороны, такой процесс построения лун недоступен менее массивным планетам, таким как Венера и Земля, так как весь собранный ими газ в лучшем случае остается в виде примитивной атмосферы. Единственным способом получения компаньона для них является либо захват, либо столкновением с аналогичным по размеру объектом с последующим «созданием» спутника из выброшенных ударом пород.

Столкновение новорожденной Земли и Тейи (объекта размером с Марс), ставшее причиной формирования Луны. Credit: Dana Berry/SwRI

Однако, учитывая, что среди всех открытых на сегодня экзопланет одними из наиболее распространенных являются аналоги Нептуна, понимание образования у них спутниковых систем имеет далеко идущие последствия в поиске потенциально обитаемых миров, который, по мнению авторов работы, не должен ограничиваться лишь самими планетами.

«Наше исследование показало, что спутники и Урана, и Нептуна могли сформироваться в околопланетном диске, как у Сатурна и Юпитера. Следовательно, аналогичный процесс может быть свойственен многим внесолнечным ледяным гигантам. При этом масса и состав спутников в симуляции схожи с теми, что сегодня мы наблюдаем в системах двух дальних планет Солнечной системы», – добавила Юдит Силадьи.

Ученые отмечают, что главными факторами появления спутниковых систем подобным образом являются масса планеты и температура окружающего ее диска: чем он холоднее, тем выше вероятность образования лун. Они также, как и спутники Урана и Нептуна, буду богаты льдом, а время, затраченное на их формирование, исчисляется несколькими сотнями тысяч лет.

x

Кроме этого, исследование показало, что в прошлом Нептун обладал системой из спутников, аналогичной той, что сегодня наблюдается у Урана. Но Тритон, луна Нептуна, содержащая в себе более 99 процентов массы всего окружения ледяного гиганта, нарушила ее своим вторжением.

«Похоже, что спутники вокруг ледяных гигантов являются более распространенным явлением, чем считалось ранее. Это особенно интересно и важно в охоте за экзолунами. А, учитывая, что ледяные спутники Солнечной системы, такие как Энцелад и Европа, являются основными целями в поисках внеземной жизни, большое количество подобных объектов у других звезд увеличивает количество потенциально обитаемых миров», – заключила Юдит Силадьи.

Уран и Нептун

Эти две планеты, похожие друг на друга как близнецы, являются гигантскими планетами, движущимися в самых отдаленных областях солнечной системы. И на самом деле они очень похожи: Уран немного больше (его радиус — 26 540 км, Нептуна — 24 300 км), но Нептун массивнее — его масса составляет 17,25 масс Земли, тогда как у Урана всего 14,6. Благодаря этим незначительным различиям средние плотности обеих планет почти равны: 1,71 г/см3 для Урана и 1,72 г/см3 для Нептуна. Разглядеть какие-либо детали на поверхности Нептуна очень трудно, а на Уране видны лишь слабо выраженные пояса, — эти планеты, конечно, окутаны атмосферами, похожими на атмосферы Юпитера и Сатурна. Планеты имеют высокие значения альбедо, а в спектрах видны полосы поглощения метана, аналогичные наблюдаемым у Юпитера и Сатурна, но более интенсивные. Поглощение желтого и красного света парами метана для Урана и Нептуна настолько велико, что планеты при прямых наблюдениях имеют зеленоватый цвет; зеленоватая окраска Нептуна, интенсивнее, чем Урана. На спектрограммах нет прямых подтверждений наличия аммиака, но водород присутствует. Действительно планеты-гиганты очень похожи друг на друга; различия их в основном внешние, обусловленные изменением температуры в соответствии с их положением в пространстве. Все эти планеты быстро вращаются, имеют огромной толщиной атмосферы, состоящие из метана и, вероятно, аммиака, и содержат в своем составе легкие газы – гелий, водород, причем последние характеризуются значительной концентрацией к центру. По всем этим характеристикам планеты-гиганты отличаются от планеты земной группы – Меркурия, Венеры, Земли, Марса и Плутона. Эти различия настолько поразительны, что объединение этих двух групп планет в одну систему кажется нелепым. Очевидно, эти различия обусловлены каким-то важным эволюционным фактором. Несмотря на грандиозность размеров, а может быть, именно вследствие этого, планеты-гиганты не предоставляют никаких благоприятных возможностей в качестве обители для существования жизни в каких-либо известных нам проявлениях. Поэтому, если мы надеемся доказать универсальность такого эфемерного явления, как жизнь, нам следует заняться исследованием планет земной группы.

До начала 80-х годов человечество знало о существовании у Урана пяти, а у Нептуна — двух спутников. Однако уже упоминавшийся Вояджер-2 обнаружил еще десять мелких небесных тел, вращающихся вокруг Урана, но эти спутники не представляют никакого интереса, так как являются просто глыбами, похожими на астероиды, когда-то путешествовавшими по Вселенной, а ныне захваченными магнитным полем планеты. Стоит заострить внимание на спутнике Урана Миранде (наименьшем из пяти — его диаметр около 500 км). Он выглядит настолько необычно, что ученые сделали предположение о том, что Миранда сначала разломилась на куски, а затем вновь беспорядочно собралась воедино. Больший из двух спутников Нептуна — Тритон — входит в группу крупнейших спутников планет Солнечной системы — его радиус около 2000 км. Он движется вокруг Нептуна в направлении, обратном вращению планеты, что заставляет предполагать, что Тритон — это объект, захваченный Нептуном, а не образовавшийся вместе с ним. И у Урана, и у Нептуна обнаружены кольца той же природы, что у Юпитера и Сатурна.

Плутон

Самая далекая от Солнца из всех открытых до сих пор планет совершенно не похожа на другие планеты, находящиеся во внешних областях солнечной системы. Чужестранцем-карликом выглядит Плутон среди планет-гигантов.

Орбита планеты невероятно сильно наклонена – на 17°2¢ – ни у одной известной планеты ничего подобного не было. Наклон оси составляет 50°. Мало того, орбита обладает необычной вытянутостью. Потому и получается, что Плутон то проходит всего в 4400000000 км. от светила, то удаляется от него на 7400000000 км. По самым последним данным его диаметр составляет примерно 3100 – 3200 км. Словом, по размерам, по орбите и другим характеристикам – скорее не планета, а … спутник. Действительно, Плутон представляет собой как бы неполноценную планету.

В пользу такого предположения говорят и странности в периоде вращения Плутона вокруг собственной оси. На полный оборот у него уходит 6 суток 9 часов 17 минут, а это слишком много для столь небольшого тела, так что и скорость вращения выдает его с головой как самозванца в семье планет. Скорость, с которой движется Плутон по своей орбите, примерно равна 16,8 км/ч. Орбита очень протяженная и поэтому один плутоновский год равен 247,7 земным годам. К примеру, если вам сейчас 17 лет, то на Плутоне вам было бы 0,07 лет.

Ускорение свободного падения над поверхностью Плутона равняется 0,49 м/с2. Если ваша масса примерно равна 70 кг., то на этой планете вы бы весили 4 кг!

При зарождении и эволюции планеты. В ее недрах происходили менее активные процессы, нежели на других планетах Солнечной системы. В рамках модели равновесной конденсации из протопланетной туманности при температуре около 40 Кельвин это тело, очевидно, аккумулировалось преимущественно из метанового льда, и слагающее его вещество не претерпело в дальнейшем заметной дифференциации. Другая возможность – формирование из гидратов метана (CH4×8H2O) при температуре конденсации около 70 Кельвин с последующим их разложением в процессе внутренней эволюции, дегазацией CH4 и образованием метанового льда на поверхности. Отождествление его в спектре отражения Плутона благоприятствует обеим этим моделям, не позволяя, однако, сделать между ними выбор. При этом для любой из них средняя плотность планеты оказывается не выше 1,2 г/см3, а альбедо не менее 0,4, что соответственно уменьшает вероятный диаметр Плутона до размеров Луны, а массу ограничивает несколькими тысячными долями от массы Земли. Если же плотность всего 0,7 г/см3, как это следует из анализа соотношений масс Плутона со спутником, то нужно дополнительно допустить, что слагающие его замерзшие летучие вещества типа водно-метанового льда находятся в довольно рыхлом состо­янии.

Схема предполагаемого внутреннего строения Плутона (рис. 1):

Другая схема предполагаемого внутреннего строения (рис. 2):

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *