Каменистые планеты: состав, структура и характеристики

Введение

Планета, состоящая преимущественно из силикатных пород или металлов.

Земная планета, телурическая планета или скалистая планета — это планета, состоящая преимущественно из силикатов, пород или металлов. В Солнечной системе земными планетами, признанными Международным астрономическим союзом (IAU), считаются внутренние планеты, ближайшие к Солнцу: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Среди астрономов, использующих геофизическое определение планеты, два или три спутника с планетарной массой — Луна Земли, Ио и иногда Европа — также могут рассматриваться как земные планеты. Крупные скалистые астероиды Паллас и Веста иногда также включаются в этот список, хотя и редко. Термины «земная планета» и «телурическая планета» происходят от латинских слов, обозначающих Землю (Terra и Tellus), поскольку эти планеты по своей структуре схожи с Землей. Земные планеты обычно изучаются геологами, астрономами и геофизиками. Земные планеты имеют твердую поверхность, что существенно отличает их от крупных газовых планет, состоящих в основном из комбинации водорода, гелия и воды, находящихся в различных физических состояниях.

Структура

Все планеты земной группы в Солнечной системе имеют схожее базовое строение, такое как центральное металлическое ядро (в основном железное) с окружающей его силикатной мантией. Крупный скалистый астероид 4 Веста обладает аналогичной структурой; возможно, то же самое относится и к меньшему астероиду 21 Лутеция. Другой скалистый астероид 2 Паллада примерно сопоставима по размеру с Вестой, но значительно менее плотна; по-видимому, она никогда не дифференцировалась на ядро и мантию. Луна Земли и спутник Юпитера Ио имеют структуру, подобную планетам земной группы, однако у Луны Земли гораздо меньшее железное ядро. Другой спутник Юпитера, Европа, обладает схожей плотностью, но имеет значительный слой льда на поверхности: по этой причине её иногда рассматривают как ледяную планету. На планетах земной группы могут встречаться различные поверхностные образования, такие как каньоны, кратеры, горы, вулканы и другие, в зависимости от наличия в какой-либо момент времени эрозии, тектонической активности или и того, и другого. Планеты земной группы обладают вторичными атмосферами, образованными в результате вулканического выгазования или обломков, оставшихся от столкновений с кометами. Это отличается от внешних планет-гигантов, чьи атмосферы являются первичными; первичные атмосферы были захвачены непосредственно из первоначального солнечного облака.

Изосветные планеты

Большинство планет, обнаруженных за пределами Солнечной системы, — это гигантские планеты, поскольку их легче обнаруживать. Но с 2005 года были найдены сотни потенциально земных экзопланет, и некоторые из них подтверждены как земные. Большинство из них — суперземли, то есть планеты с массой между массой Земли и Нептуна; суперземли могут быть газовыми планетами или земными, в зависимости от их массы и других параметров. Вероятно, большинство известных суперземель на самом деле являются газовыми планетами, подобными Нептуну, поскольку исследование зависимости между массой и радиусом экзопланет (и, следовательно, тенденций плотности) показывает точку перехода примерно в две массы Земли. Это указывает на то, что именно в этой точке накапливаются значительные газовые оболочки. В частности, Земля и Венера, возможно, уже близки к максимально возможному размеру, при котором планета обычно может оставаться каменистой. Исключения составляют планеты, находящиеся очень близко к своим звёздам (и, следовательно, их летучие атмосферы были бы испарены). В начале 1990-х годов первые экзопланеты были обнаружены на орбите пульсара PSR B1257+12, с массами в 0,02, 4,3 и 3,9 раза больше массы Земли, методом синхронизации пульсара. Когда была открыта 51 Pegasi b, первая планета, найденная вокруг звезды, всё ещё находящейся в фазе слияния, многие астрономы предположили, что это гигантская земная планета, поскольку считалось, что газовый гигант не может существовать так близко к своей звезде (0,052 а.е.), как 51 Pegasi b. Позже выяснилось, что это газовый гигант. В 2005 году были обнаружены первые планеты, вращающиеся вокруг звезды главной последовательности и демонстрирующие признаки земных планет: Gliese 876 d и OGLE 2005 BLG 390Lb. Gliese 876 d вращается вокруг красного карлика Gliese 876, находящегося на расстоянии 15 световых лет от Земли, имеет массу в семь-девять раз больше массы Земли и орбитальный период всего в два земных дня. OGLE 2005 BLG 390Lb имеет массу примерно в 5,5 раза больше массы Земли и вращается вокруг звезды на расстоянии около 21 000 световых лет в созвездии Скорпиона. С 2007 по 2010 год в планетной системе Gliese 581 были обнаружены три (возможно, четыре) потенциальные земные планеты. Самая маленькая, Gliese 581e, имеет массу всего около 1,9 массы Земли, но вращается очень близко к звезде. Две другие, Gliese 581c и спорная Gliese 581d, — более массивные суперземли, вращающиеся внутри или вблизи обитаемой зоны звезды, поэтому они потенциально могут быть обитаемыми, с температурой, близкой к земной. Ещё одна потенциально земная планета, HD 85512 b, была открыта в 2011 году; её масса составляет как минимум в 3,6 раза больше массы Земли. Радиус и состав всех этих планет неизвестны. Первая подтверждённая земная экзопланета, Kepler-10b, была обнаружена в 2011 году в рамках миссии Kepler, специально разработанной для обнаружения планет размером с Землю вокруг других звёзд с использованием транзитного метода. В том же году команда миссии космической обсерватории Kepler опубликовала список из 1235 кандидатов в экзопланеты, включая шесть, которые имеют "размер Земли" или "суперземной размер" (то есть их радиус менее чем в два раза больше земного) и находятся в обитаемой зоне своей звезды. С тех пор Kepler обнаружил сотни планет, от размеров Луны до суперземель, и ещё больше кандидатов в этом диапазоне размеров (см. изображение). В сентябре 2020 года астрономы, использующие методы микролинзирования, сообщили об обнаружении впервые планеты с массой Земли (названной OGLE 2016 BLG 1928), не связанной ни с одной звездой и свободно плавающей в галактике Млечный Путь.

Most of the planets discovered outside the Solar System are giant planets, because they are more easily detectable. But since 2005, hundreds of potentially terrestrial extrasolar planets have also been found, with several being confirmed as terrestrial. Most of these are super Earths, i. e. planets with masses between Earth's and Neptune's; super Earths may be gas planets or terrestrial, depending on their mass and other parameters. It is likely that most known super Earths are in fact gas planets similar to Neptune, as examination of the relationship between mass and radius of exoplanets (and thus density trends) shows a transition point at about two Earth masses. This suggests that this is the point at which significant gas envelopes accumulate. In particular, Earth and Venus may already be close to the largest possible size at which a planet can usually remain rocky. Exceptions to this are very close to their stars (and thus would have had their volatile atmospheres boiled away). During the early 1990s, the first extrasolar planets were discovered orbiting the pulsar PSR B1257+12, with masses of 0.02, 4.3, and 3.9 times that of Earth, by pulsar timing. When 51 Pegasi b, the first planet found around a star still undergoing fusion, was discovered, many astronomers assumed it to be a gigantic terrestrial, because it was assumed no gas giant could exist as close to its star (0.052 AU) as 51 Pegasi b did. It was later found to be a gas giant. In 2005, the first planets orbiting a main sequence star and which showed signs of being terrestrial planets were found: Gliese 876 d and OGLE 2005 BLG 390Lb. Gliese 876 d orbits the red dwarf Gliese 876, 15 light years from Earth, and has a mass seven to nine times that of Earth and an orbital period of just two Earth days. OGLE 2005 BLG 390Lb has about 5.5 times the mass of Earth and orbits a star about 21,000 light years away in the constellation Scorpius. From 2007 to 2010, three (possibly four) potential terrestrial planets were found orbiting within the Gliese 581 planetary system. The smallest, Gliese 581e, is only about 1.9 Earth masses, but orbits very close to the star. Two others, Gliese 581c and the disputed Gliese 581d, are more massive super Earths orbiting in or close to the habitable zone of the star, so they could potentially be habitable, with Earth like temperatures. Another possibly terrestrial planet, HD 85512 b, was discovered in 2011; it has at least 3.6 times the mass of Earth. The radius and composition of all these planets are unknown. The first confirmed terrestrial exoplanet, Kepler 10b, was found in 2011 by the Kepler Mission, specifically designed to discover Earth size planets around other stars using the transit method. In the same year, the Kepler Space Observatory Mission team released a list of 1235 extrasolar planet candidates, including six that are "Earth size" or "super Earth size" (i. e. they have a radius less than twice that of the Earth) and in the habitable zone of their star. Since then, Kepler has discovered hundreds of planets ranging from Moon sized to super Earths, with many more candidates in this size range (see image). In September 2020, astronomers using microlensing techniques reported the detection, for the first time, of an Earth mass rogue planet (named OGLE 2016 BLG 1928) unbounded by any star, and free floating in the Milky Way galaxy.

Частота

В 2013 году астрономы, основываясь на данных космической миссии "Кеплер", сообщили, что в обитаемых зонах звёзд, подобных Солнцу, и красных карликов в пределах Млечного Пути может находиться до 40 миллиардов планет размером с Землю и суперземли. По оценкам, одиннадцать миллиардов из этих планет вращаются вокруг звёзд, подобных Солнцу. Учёные полагают, что ближайшая из таких планет может находиться на расстоянии 12 световых лет. По оценкам, около 80% потенциально обитаемых миров покрыты сушей, а около 20% – это океанические планеты. Планеты с соотношением суши и воды, похожим на земное (30% суши и 70% океана), составляют лишь 1% от общего числа этих миров.