Введение
Гипотетический тип планеты, содержащей больше углерода, чем кислорода. Углеродная планета – это гипотетический тип планеты, в которой содержание углерода превышает содержание кислорода. Углерод является четвёртым по распространённости элементом во Вселенной по массе после водорода, гелия и кислорода. Термин "углеродная планета" был предложен Марком Кучнером и Сарой Сигер в 2005 году, и они исследовали такие планеты, основываясь на предположении Катарины Лоддерс о том, что Юпитер сформировался из ядра, богатого углеродом. Более ранние исследования планет с высоким соотношением углерода к кислороду включают работу Fegley & Cameron 1987 года. Углеродные планеты могут формироваться, если протопланетные диски богаты углеродом и бедны кислородом. Их развитие будет отличаться от развития Земли, Марса и Венеры, которые в основном состоят из соединений кремния и кислорода. Различные планетарные системы имеют разные соотношения углерода к кислороду; земные планеты Солнечной системы ближе к типу "кислородных планет" с молярным соотношением C/O, равным 0,55. В 2020 году исследование 249 звёзд, аналогичных Солнцу, показало, что у 12% звёзд соотношение C/O превышает 0,65, что делает их кандидатами на формирование богатых углеродом планетарных систем. Экзопланета 55 Cancri e, обращающаяся вокруг звезды-хозяина с молярным соотношением C/O 0,78, является возможным примером углеродной планеты.
A carbon planet is a hypothetical type of planet that contains more carbon than oxygen. Carbon is the fourth most abundant element in the universe by mass after hydrogen, helium, and oxygen. Marc Kuchner and Sara Seager coined the term "carbon planet" in 2005 and investigated such planets following the suggestion of Katharina Lodders that Jupiter formed from a carbon rich core. Prior investigations of planets with high carbon to oxygen ratios include Fegley & Cameron 1987. Carbon planets could form if protoplanetary discs are carbon rich and oxygen poor. They would develop differently from Earth, Mars, and Venus, which are composed mostly of silicon–oxygen compounds. Different planetary systems have different carbon to oxygen ratios, with the Solar System's terrestrial planets closer to being "oxygen planets" with C/O molar ratio of 0.55. In 2020, survey of the 249 nearby solar analog stars found 12% of stars have C/O ratios above 0.65, making them candidates for the carbon rich planetary systems. The exoplanet 55 Cancri e, orbiting a host star with C/O molar ratio of 0.78, is a possible example of a carbon planet.
Определение
У такой планеты, вероятно, будет железное ядро, как у известных планет земной группы. Вокруг него – расплавленные карбид кремния и карбид титана. Выше – слой углерода в форме графита, возможно, с километровым подстилающим слоем алмазов при достаточном давлении. Во время вулканических извержений алмазы из недр могут подниматься на поверхность, формируя горы из алмазов и карбидов кремния. Поверхность будет содержать замороженные или жидкие углеводороды (например, деготь и метан) и монооксид углерода. Гипотетически возможен круговорот веществ на углеродных планетах с атмосферой, при условии, что средняя температура поверхности ниже 77 °C. Однако углеродные планеты, скорее всего, будут лишены воды, поскольку она не может образоваться из-за того, что любой кислород, доставленный кометами или астероидами, будет реагировать с углеродом на поверхности. Атмосфера на относительно холодной углеродной планете будет состоять преимущественно из углекислого газа или монооксида углерода с заметным содержанием углеродной пыли.
Состав
Предполагается, что углеродные планеты имеют диаметр, схожий с диаметром силикатных и водных планет той же массы, что потенциально затрудняет их различение. Эквиваленты геологических образований, существующих на Земле, также могут присутствовать, но с иным составом. Например, реки могут состоять из масел. Если температура достаточно низкая (ниже 350 К), газы могут фотохимически синтезироваться в длинноцепочечные углеводороды, которые могут выпадать на поверхность в виде осадков. В 2011 году NASA отменила миссию TPF – проект обсерватории, значительно превосходящей по размерам космический телескоп Хаббла, которая могла бы обнаружить подобные планеты. В спектрах углеродных планет не будет наблюдаться вода, но будет зафиксировано присутствие углеродистых веществ, таких как монооксид углерода.
Драугр, Полтергейст и Фобэтор
Пулсарные планеты Драугр, Полтергейст и Фобэтор могут быть углеродными планетами, образовавшимися из остатков звезды, производящей углерод. Углеродные планеты также могут находиться вблизи Галактического центра или в шаровых скоплениях, вращающихся вокруг галактики, где у звезд соотношение углерода к кислороду выше, чем у Солнца. Когда старые звезды умирают, они выбрасывают в космос большие количества углерода. Со временем, с гибелью всё большего числа поколений звезд, концентрация углерода и, соответственно, углеродных планет будет увеличиваться.
Яссен
В октябре 2012 года было объявлено, что планета Янсен демонстрирует признаки того, что она является углеродной планетой. Её масса в восемь раз превышает массу Земли, а радиус – в два раза больше. Исследования указывают на то, что планета "покрыта графитом и алмазами, а не водой и гранитом". Она обращается вокруг звезды Коперник за 18 часов.
Другие богатые углеродом объекты
В августе 2011 года Мэтью Бейлс и его команда экспертов из Технологического университета Суинберна в Австралии сообщили, что у миллисекундного пульсара PSR J1719-1438 может быть двойной звездный компаньон, сжатый в гораздо меньшую планету, состоящую преимущественно из твердого алмаза. Они пришли к выводу, что вокруг пульсара должна вращаться небольшая планета-компаньон, вызывающая обнаружимое гравитационное воздействие. Дальнейшее изучение показало, что, хотя планета относительно мала (диаметр 60 000 км, или в пять раз больше Земли), её масса лишь немного превышает массу Юпитера. Высокая плотность планеты дала команде ключ к пониманию её вероятного состава – углерода и кислорода – и позволила предположить кристаллическую структуру этих элементов. Однако, предполагается, что эта "планета" является остатком испарившегося белого карлика-компаньона, представляющим собой лишь его внутреннее ядро. Согласно некоторым определениям планеты, она не может считаться планетой, поскольку образовалась как звезда. На расстоянии 267 пк (примерно 870 световых лет) и при температуре менее 3000 К, что указывает на её вероятную кристаллизацию, этот белый карлик размером с Землю описывают как "алмазную звезду".
Карые карлики
Планеты вокруг коричневых карликов, вероятно, будут углеродными планетами с недостатком воды.