Суперземля

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Суперземли в зоне обитаемости в сравнении с Землёй[1].
Изображение двух гипотетических суперземель при сравнении последних с Землёй.
Сравнительные размеры планет (Марк Кюхнер, НАСА GSFC)[2].

Су́перземля (или све́рхземля) — класс планет, масса которых превышает массу Земли, но значительно меньше массы газовых гигантов. Термин «суперземля» описывает исключительно массу планеты, но не зависит от степени её близости к своей звезде или каких-либо других критериев.

Под суперземлёй понимают планету с массой 1—10 масс Земли[3] (в других источниках — 5—10 масс Земли)[4]. Планеты этого типа были обнаружены сравнительно недавно у другиз звёзд. Суперземли имеют сравнительно небольшую массу, и их трудно обнаружить Методом Доплеровской спектроскопиии.

Граница между суперземлями и газовыми гигантами подобными Нептуну нечёткая, и оценивается примерно в 10 масс Земли. Как пример такой пограничной планеты можно привести Мю Жертвенника c (масса — 10,5 масс Земли). Возможные свойства таких планет были теоретически рассчитаны, но прямых наблюдений не было.

Материнские звёзды[править | править вики-текст]

Суперземли были найдены преимущественно у звёзд небольшой массы, менее солнечной, и относящихся к оранжевым и красным карликам. Массы звёзд в основном варьировали от 0,31 Mʘ до 0,84 Mʘ[5]. Все обнаруженные суперземли находятся на орбите звёзд, обеднённых металлами[5].

Предельное число суперземель на дальних орбитах[править | править вики-текст]

Учёные из Смитсоновской астрофизической обсерватории и из Университета Юты провели моделирование и выяснили, что у звезды с массой 1 Mʘ могут сформироваться 1—10 суперземель. Под суперземлёй в данной модели подразумеваются планеты с максимальной массой до 50 M[6]. Согласно моделированию в гравитационно-нестабильном кольце с массой M≥15M из твёрдых тел размером ≈1 см и 1—10 крупных тел размером ≈100 км суперземля формируется на расстоянии 250 а.е за 100—200 миллионов лет, на расстоянии 750 а.е процесс формирования длится дольше, 1—2 миллиарда. лет. Если число крупных тел большое, то в кольце инициируется каскад столкновений тел, препятствующий росту суперземель за время жизни солнечной системы. Если мелкие тела кольца обладают низкой плотностью, то тогда при любом количестве крупных тел суперземли не формируются во временном диапазоне в 10 миллиардов лет[7].

Возможные суперземли в Солнечной системе[править | править вики-текст]

Среди в настоящее время существующих, выдвигающихся и проверяющихся, но пока не имеющих общепризнанные научные подтверждения нескольких гипотез о крупных транснептуновых планетах (т.н. Девятая планета и другие варианты Планеты X) фигурируют предположения о существовании суперземель во внешних (транснептуновых) областях Солнечной системы.

История открытий[править | править вики-текст]

55 Cancri e была открыта в 2004 году.

Первая найденная суперземля[править | править вики-текст]

Первая планета этого типа была обнаружена возле пульсара PSR B1257+12 в 1991 году, что одновременно было и первым открытыем экзопланеты в истории. Две планеты, обращающиеся вокруг нейтронной звезды, имели массу в 4 массы Земли, что явно было слишком мало для того, чтобы быть газовыми гигантами.

Первая суперземля, обращающаяся вокруг обычной звезды, была обнаружена в 2005 году около звезды Глизе 876 и получила название Глизе 876 d (ранее в этой системе было обнаружено уже 2 газовых гиганта подобных Юпитеру). Масса планеты была равна 7,5 массам Земли, а протяжённость планетарного года на планете — всего 2 суток. Так как Глизе 876 имеет небольшую светимость, то температура на планете составляет около 280 °C[8].

Суперземли, обнаруженные в 2006 году[править | править вики-текст]

Планета OGLE-2005-BLG-390L b, которая обращается вокруг красного карлика.

Две другие планеты этого класса были найдены в 2006 году. OGLE-2005-BLG-390L b имеет массу в 5,5 масс Земли, обращается вокруг красного карлика и была обнаружена с помощью метода гравитационного микролинзирования. Была также найдена планета HD 69830 b с массой в 10 масс Земли[9].

Первая суперземля в обитаемой зоне[править | править вики-текст]

В апреле 2007 года учёными был обнаружен ряд планет возле звезды Глизе 581[10]. Одна из этих планет (Глизе 581 c) имеет массу около 5 масс Земли, удалена от своей звезды на 0,073 а. е. и находится в районе «зоны жизни» звезды Глизе 581. Ориентировочная температура на поверхности сопоставима с земной: −3 °C с альбедо планеты Венеры и 40 °C в случае земного альбедо. Впрочем, предварительные расчёты показывают, что на планете может быть слишком сильный парниковый эффект. В этом случае действительная температура на планете будет намного выше, чем предполагаемая. Другая планета, Глизе 581 d находится уже слишком далеко от своей звезды (2,2 а. е.), чтобы попадать в зону жизни. Масса этой планеты составляет 7,7 масс Земли.

Суперземли, обнаруженные в 2008 году[править | править вики-текст]

Самая маленькая, обнаруженная на эот период, суперземля была найдена вокруг объекта MOA-2007-BLG-192L b 2 июня 2008 года[11][12]. Планета обладает массой 3,3 массы Земли и обращается вокруг коричневого карлика, а обнаружена она была методом гравитационного микролинзирования.

В июне 2008 года европейскими исследователями в Чили были обнаружены три суперземли у звезды HD 40307, масса которой почти равна массе Солнца. Масса планет соответственно равна 4,2, 6,7 и 9,4 массы Земли[13].

Помимо этого, другими европейскими исследователями была обнаружена планета с массой в 7,5 масс Земли, которая обращается вокруг звезды HD 181433. Также планетная система этой звезды имеет планету с массой, примерно равной массе Юпитера, с периодом обращения в 3 года[14].

Суперземли, обнаруженные в 2009 году[править | править вики-текст]

Планета COROT-7 b.
Сравнение планеты COROT-7 b (в центре) с Землёй (слева) и с Нептуном (справа).

3 февраля 2009 года была обнаружена планета COROT-7 b с массой в 4,8 масс Земли. Орбитальный период на планете длится около 20 часов, что делает год на планете самым коротким (после 55 Рака e) из всех известных планет. Планета имеет схожее с Землёй строение, состоит из каменных минералов, так же как и планеты земной группы в Солнечной системе, но удалена от своей звезды всего на 0,017 а. е. (~1/70 расстояния от Земли до Солнца), из-за чего её освещённая сторона состоит из кипящего лавового океана, а атмосфера состоит из паров минералов, которые остывая выпадают каменными дождями. Температура на планете более 2 тысяч градусов[15]. В этом же году была найдена новая планета в системе Глизе 581: Глизе 581 e с массой приблизительно 2 массы Земли. Планета была найдена 21 апреля 2009 года. С учётом расстояния до звезды 0,03 а. е., она находится слишком близко к своей звезде для того чтобы на ней могла быть жизнь, а год на планете длится всего чуть более трёх суток[16][17].

24 августа 2009 года была обнаружена вторая суперземля у звезды COROT-7COROT-7 c. Она была обнаружена на обсерватории Ла-Силья в Чили при помощи инструмента HARPS. Свойства этой суперземли похожи на свойства суперземли COROT-7 b — масса планеты 8,4 массы Земли, большая полуось 0,046 а. е., обращение вокруг звезды длится около пяти суток. Для наличия жизни температура на планете слишком высокая.

16 декабря 2009 года была обнаружена первая планета-океан, GJ 1214 b. Эта планета стала второй, атмосферу которой возможно исследовать с помощью имеющихся инструментов, и первой, которая на 75 % своей массы состоит из воды.

По состоянию на ноябрь 2009 года было обнаружено 30 суперземель. Большинство из них, 24, было обнаружено на спектрографе HARPS в Чили, методом радиальным скоростей[18].

Суперземли, обнаруженные в 2010 году[править | править вики-текст]

7 января 2010 года была обнаружена планета HD 156668 b. Нижний предел массы — 4,15 масс Земли.

В сентябре 2010 года была открыта планета Глизе 581 g, находящаяся в той же планетной состеме, что и Глизе 581 c. Её большая полуось составляет 0,146 а. е. Средняя температура на поверхности планеты оценивается, в зависимости от альбедо, от −31 °C до −12 °C, что близко к земному значению -18 °C[источник не указан 2049 дней]. Учитывая наличие парникового эффекта, который существенно влияет на температуру на Земле, предполагается, что климатические условия на планете могут быть близки к земным, то есть там умеренные условия. Вскоре после наблюдений полагалось, что в действительности планеты не существует, и обнаружение является ошибкой измерений. Действительно, более поздние данные не подтвердили её существование.

Суперземли, обнаруженные в 2011 году[править | править вики-текст]

Планета Kepler-10 b в представлении художника.

10 января 2011 года телескоп Кеплер обнаружил с помощью транзитного метода планету Kepler-10 b (также он нашёл ряд горячих юпитеров), которая стала первой подтверждённой планетой земной группы.

Kepler-10 b имеет довольно много общего с COROT-7 b, она находится очень близко к своей звезде (≈0,017 а. е.), имеет очень короткий период обращения вокруг своей звезды (20 часов), и очень высокую температуру поверхности (≈1600 °C). Уникальной является очень высокая плотность планеты: она составляет 8,8 г/см3, что выше плотности железа, таким образом предполагается, что планета является железной и в её состав не входит мантия. Радиус планеты больше земного в 1,4 раза, а масса — в 4,5 раза. Освещённая сторона планеты, скорее всего, покрыта расплавленным металлическим океаном.

Также несколько планет в системе Kepler-11 по массе попадают в категорию тяжёлых суперземель.

17 августа 2011 года была обнаружена планета HD 85512 b. Эта планета стала самой маленькой экзопланетой, которую когда-либо обнаружили радиально-лучевым методом. Открытие сделано с помощью спектрографа HARPS, установленного в обсерватории Ла-Силья. Планета обращается вокруг оранжевого карлика с большой полуосью 0,26 а.е. С учётом того, что звезда Глизе 370 светит в 8 раз слабее Солнца, средняя температура на планете составляет ~25 °C (у Земли ~14 °C). Это ставит планету на внутреннюю границу зоны обитания, но на планете предполагается жидкая вода, атмосфера[19][20]. По массе планета в 3,6 раза больше Земли. Однако довольно большой эксцентриситет планеты (0,11) приводит к тому, что в перигелии на планете существенно более высокая температура, чем на внутренней границе «зоны жизни», в то время как в афелии планета входит во внутреннюю границу зоны жизни.

Почти одновременно были также обнаружены три горячие суперземли вокруг звезды 82 Эридана (с помощью метода доплеровской спектроскопии). Для исследования использовался спектрограф HARPS. Планеты имеют минимальные массы 2,7, 2,4 и 4,8 земных масс и вращаются близко к своей звезде. Самая дальняя планета имеет большую полуось в 0,35 а.е (примерно как большая полуось Меркурия), период обращения 90 дней. Учитывая светимость звезды, которая равна 0,62 светимости Солнца и предполагаемое альбедо 0,3, температура поверхности планеты составляет ~115 °C, что исключает наличие жидкой воды, а соответственно, и органической формы жизни. Две другие планеты имеют ещё более высокую температуру поверхности.

По данным на 5 декабря 2011 года, телескоп Kepler обнаружил 2326 потенциальных кандидата в статус экзопланеты. Среди них: 207 планет, по размерам близких к земным, 680 суперземель, 1181 планета по размерам, близким к Нептуну, 203 планеты с массой Юпитера, и 55 планет тяжелее Юпитера. Среди этих кандидатов в планеты 48 расположены в «зоне жизни» звёзд.

20 декабря телескоп Kepler обнаружил первые две планеты, по размерам сопоставимые с Землей, которые не относятся к классу суперземель. Это Kepler-20 e и Kepler-20 f. Обе планеты по размерам близкие к размерам Земли и Венеры (Kepler-20 e чуть меньше Венеры, а Kepler-20 f чуть больше Земли). Большие полуоси планет соответственно 0,05 а.е и 0,11 а.е. Температура поверхности планеты Kepler-20 e оценивается в 760 °C, Kepler-20 f несколько ниже — около 430 °C, что близко к Венере.

Суперземли, обнаруженные в 2012 году[править | править вики-текст]

Новый анализ данных спектра излучения полученного от тройной звездной системы Gliese 667 в созвездии Скорпиона открыл новые факты о GL 667Cc, суперземле, массой в 4,5 раз превосходящей земную[21]. Температура на поверхности GL 667Cc, по подсчетам ученых, должна соответствовать температуре на поверхности Земли. Планета-кандидат получает около 90 % того света, что имеем мы на Земле от Солнца. Однако, поскольку её звезда является карликом «М»-класса, то основная часть спектра излучения получаемого GJ 667Cc приходится на инфракрасный диапазон и планета успешно поглощает большую его часть. Учитывая все эти факторы, учёные пришли к заключению, что исследуемая суперземля получает примерно то же количество звёздной энергии, что и Земля от Солнца.

21 июня 2012 года астрономы из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики сообщили об открытии системы Kepler-36 с двумя транзитными планетами, находящихся во взаимном орбитальном резонансе 34:29[22][23]. И, хотя массы этих планет различаются менее, чем вдвое, одна из этих планет — Kepler-36b, относится к суперземлям, а вторая, Kepler-36c, к мининептунам. Kepler-36b имеет диаметр, в 1,486 превышающий земной, и массу в 4,45 раз больше земной. Средняя плотность планеты оказывается равной 7,46 г/см3, что говорит о преимущественно скальном составе планеты. Расчётная средняя температура на поверхности суперземли равна 980 K. Kepler-36b вращается вокруг более яркой, чем Солнце звезды с периодом примерно 13,84 суток. Kepler-36 удалена от Земли на расстояние 470 пк (1533 световых года).

В июле 2012 года была открыта суперземля Глизе 676A d с минимальной массой в 4,4 земных на 3,6-суточной орбите у красного карлика. Она слишком горяча для наличия жизни, но является первой планетой земного типа, обнаруженной в системе, похожей на Солнечную.

17 октября 2012 года была открыта самая лёгкая суперземля с известной массой (всего в 1,13 раз тяжелее Земли) Альфа Центавра Bb на орбите в 3,3 дня. Говорить об обитаемости планеты не приходится — на ней плавятся даже горные породы (температура поверхности 1200 градусов Цельсия).

Суперземли, обнаруженные в 2014 году[править | править вики-текст]

В феврале 2014 года был найден кандидат KOI-2194.03 (или Kepler-371 d), с радиусом 1,54 земных и периодом обращения около 445 дней. Если он подтвердится, то станет первой суперземлей, находящейся в обитаемой зоне солнцеподобной звезды.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. NASA's Kepler Discovers Its Smallest 'Habitable Zone' Planets to Date (англ.). НАСА (18 April 2013). Проверено 27 февраля 2017.
  2. Bob Naeye. Scientists Model a Cornucopia of Earth-sized Planets (англ.). НАСА (24 July 2009). — Научная модель: изобилие землеподобных планет. Проверено 5 марта 2012. Архивировано из первоисточника 5 июня 2012.
  3. Valencia, Diana; Dimitar D. Sasselov, Richard J. O'Connell (2007). «Radius and structure models of the first super-earth planet». The Astrophysical Journal 656 (1): 545–551. DOI:10.1086/509800.
  4. Fortney et al. (2007). «Planetary Radii across Five Orders of Magnitude in Mass and Stellar Insolation: Application to Transits». The Astrophysical Journal 659 (2): 1661–1672. DOI:10.1086/512120.
  5. 1 2 Howard et al. (28 January 2009), The NASA-UC Eta-Earth Program: I. A Super-Earth Orbiting HD 7924, The Astrophysical Journal, arΧiv:0901.4394 [astro-ph] 
  6. Астрофизики назвали предельное число суперземель в Солнечной системе (рус.). Лента.ру (3 апреля 2016). Проверено 27 февраля 2017.
  7. Scott J. Kenyon and Benjamin C. Bromley. MAKING PLANET NINE: PEBBLE ACCRETION AT 250–750 AU IN A GRAVITATIONALLY UNSTABLE RING (англ.) // The Astrophysical Journal : рец. науч. журнал. — 2016. — Vol. 825, no. 1. — P. 1—12. — ISSN 0004-637X. — DOI:10.3847/0004-637X/825/1/33. — arXiv:1603.08008v1.
  8. Rivera, E. et al. (2005). «A ~7.5 M Planet Orbiting the Nearby Star, GJ 876». The Astrophysical Journal 634 (1): 625–640. DOI:10.1086/491669.
  9. Valencia et al., Radius and structure models of the first super-Earth planet, September 2006, published in The Astrophysical Journal, February 2007
  10. Udry et al. (2007). «The HARPS search for southern extra-solar planets XI. Super-Earths (5 and 8 M) in a 3-planet system». Astronomy and Astrophysics 469 (3): L43–L47. DOI:10.1051/0004-6361:20077612.
  11. Oasis, Online Abstract Submission and Invitation System — Program Planner
  12. [0806.0025] A Low-Mass Planet with a Possible Sub-Stellar-Mass Host in Microlensing Event MOA-2007-BLG-192
  13. BBC NEWS | Science/Nature | Trio of 'super-Earths' discovered
  14. AFP: Astronomers discover clutch of 'super-Earths'
  15. Queloz, D., Bouchy, F., Moutou, C., Hatzes, A., Hebrard, G., Alonso, R., Auvergne, M., Baglin, A., Barbieri, M., Barge, P., Benz, W., Bordé, P., Deeg, H., Deleuil, M., Dvorak, R., Erikson, A., Ferraz Mello, S., Fridlund, M., Gandolfi, D., Gillon, M., Guenther, E., Guillot, T., Jorda, L., Hartmann, M., Lammer, H., Léger, A., Llebaria, A., Lovis, C., Magain, P., Mayor, M., Mazeh, T., Ollivier, M., Pätzold, M., Pepe, F., Rauer, H., Rouan, D., Schneider, J., Segransan, D., Udry, S., and Wuchterl, G. (2009). «The CoRoT-7 planetary system: two orbiting Super-Earths». Astronomy and Astrophysics. DOI:10.1051/0004-6361/200913096. Also availible from exoplanet.eu
  16. Lightest exoplanet yet discovered. ESO (ESO 15/09 - Science Release) (21 апреля 2009). Проверено 15 июля 2009. Архивировано из первоисточника 10 апреля 2012.
  17. Barnes, Rory; Jackson, Brian; Greenberg, Richard & Raymond, Sean N. (2009-06-09), "Tidal Limits to Planetary Habitability", arΧiv:0906.1785v1 [astro-ph] 
  18. 32 planets discovered outside solar system — CNN.com
  19. Exoplanet Looks Potentially Lively. scientificamerican.com. Проверено 25 августа 2011. Архивировано из первоисточника 10 апреля 2012.
  20. Is There A Habitable Planet Circling HD 85512?. spaceref.com. Проверено 31 августа 2011. Архивировано из первоисточника 10 апреля 2012.
  21. Сверхземля у холодной звезды может быть обитаема. Анонс:2 Февраля 2012 — usap.org.ua / Глубокий космос
  22. Kepler-36: A Pair of Planets with Neighboring Orbits and Dissimilar Densities
  23. У солнцеподобной звезды обнаружена очень необычная пара планет

Ссылки[править | править вики-текст]