Земля может быть «потерянной суперземлей» Солнечной системы

Еще совсем недавно мы думали, что наша Солнечная система является прототипом, по которому должны быть выстроены и другие планетарные системы. Мы думали, что существует два класса планет: твердые миры, которые мы находим сгруппированными во внутренних областях, и газовые гиганты, которые находятся подальше. Начиная с 1990-х годов мы начали обнаруживать планеты и возле других звезд, а потом выяснили, что наша Солнечная система не совсем нормальная. В новой работе, которая была принята к публикации на этой неделе, двое астрофизиков из Колумбийского университета предприняли попытку выяснить, почему так.

Оказывается, иметь небольшие твердые планеты во внутренней солнечной системе и большие газовые гиганты во внешней, не совсем нормально. Газовые гиганты и твердые планеты можно обнаружить повсюду, и у крупных планет ровно такие же шансы оказаться поближе к своей звезде, как и у малых. Планеты, которые мы находили, показали, что ничто не запрещает газовым гигантам становиться «горячими Юпитерами», даже больше — они поступают так довольно часто. Второй сюрприз удивляет еще больше, и за него стоит поблагодарить новаторскую работу космической обсерватории «Кеплер» NASA. Хотя твердые миры размером с Землю — и покрупнее, и поменьше — так же распространены, как миры размером с Нептун и Юпитер, есть и третий класс планет, самый распространенный из всех. Между размерами Земли и Нептуна есть опция, которую мы проглядели: суперземля (или мини-нептун). И как оказалось, суперземель больше, чем любых других планет.

Первый вопрос, который у нас возник: почему этот класс удивительных миров такой густо населенный? Но по мере того, как улучшались наши модели планетарных образований возле звезд, мы начинали видеть, что вместе с выживающими планетами появляется и гладкое распределение. Миры, которые были слишком мало массивными, как правило, поглощались, выбрасывались или забрасывались на Солнце другими телами. По мере увеличения массы планеты увеличивалась и вероятность их выживания. Чем массивнее мир — желательно, в три раза массивнее Земли — тем вероятнее, что его гравитационное притяжение будет обволакивать его водородом и гелием. Эти миры с промежуточной массой должны быть где-то между твердыми планетами и газовыми гигантами. Но если вы будете искать все более массивные миры, вы увидите, что их становится все меньше и меньше. Вселенная не плодит чрезмерное количество массивных миров просто потому, что у нее есть сырье. Для образования одного только Юпитера у нее ушло бы 317 наших планет.

По мере того, как улучшалось наше понимание планетарного образования, у нас начали появляться вопросы по существу. Если суперземли были самым распространенным типом миров, то что такого особенного в Солнечной системе, что у нас нет ни одной суперземли? Варианты интересные, но разочаровывающие:

•     Молодые суперземли сформировались, но не выжили, возможно, были выброшены вместе с миграцией  гигантских планет.
•     Вся внутренняя Солнечная система образовалась до того, как Юпитер двинулся наружу, и твердые миры оказались небольшими, потому что сформировались поздно, когда весь материал уже был потрачен.
•     Наши массивные газовые гиганты и Солнце заграбастали первый планетообразующий материал, не оставив суперземле и шанса.

Однако используя новейшие разработки в области вероятностного прогнозирования, ученые Чжиньчжинь Чен и Дэвид Киппинг пришли к новому, интересному и полному объяснению. Возможно, мы очень ошибались.

В большинстве случаев, когда мы наблюдали за планетами, мы знали либо массу, либо радиус, но не оба параметра одновременно. Но не зная одного параметра, невозможно понять, с каким миром мы имеем дело, с твердым вроде Земли или с газообразным вроде Нептуна. Представьте два совершенно разных мира, каждый из которых в три раза массивнее Земли: у одного есть твердое ядро в 2,8 земной массы с тонкой оболочкой газа вокруг, а у другого твердое ядро в 1,5 земной массы и столько же газа в атмосфере. Первая планета будет похожей на Землю, но на деле является суперземлей: больше, массивнее и с тонкой атмосферой. Вторая планета будет больше похожа на мини-нептун: 10 000 километров «атмосферы» над твердой поверхностью во всех направлениях, а давление на поверхности мгновенно раздавит любую известную нам жизнь.