Художественный образ экзопланеты с выпуклой атмосферой.
(Изображение: © NASA)
Оказывается, экзопланеты могут быть такими же сладкими, как поездка на государственную ярмарку: два мира, обнаруженные космическим телескопом НАСА Кеплер, имеют примерно ту же плотность, что и упаковка сахарной ваты. Две планеты, которые вращаются вокруг молодой звезды всего лишь около 500 миллионов лет, представляют собой новорожденные миры, почти такие же широкие, как газовые гиганты, хотя они весят менее чем в 10 раз больше массы Земли.
С помощью космического телескопа Хаббла НАСА исследователи провели последующие наблюдения за двумя «восхитительными» мирами, известными как Kepler-51b и Kepler-51d. Они обнаружили, что раздутые атмосферы миров, скорее всего, содержат туман, простирающийся высоко над их поверхностью. Расширенные атмосферы миров поместили их в редкий класс экзопланет, супер-пуховок.
«На сегодняшний день это экзопланеты с самой низкой плотностью», - сказала Джессика Робертс в прошлом месяце. Она представила предварительные результаты во время 232-й полугодовой встречи Американского астрономического общества в Денвере. Робертс, аспирант Университета Колорадо, Боулдер, помог провести сравнение планет с Землей. Она нашла необычный аналог для супер-пуховок - сладкое угощение. [Самые интригующие открытия чужой планеты 2017 года]
«Я хочу, чтобы вы представили гигантские планеты из сахарной ваты», - сказала она.
«Действительно пушистые титаны»
В 2011 году Кеплер обнаружил мир с низкой плотностью, вращающийся вокруг молодой звезды Кеплер 51; более поздние исследования подтвердили, что на планете было двое братьев и сестер. Все три планеты имеют выпуклую атмосферу, и первоначальные наблюдения показали их низкую плотность.
Супер-пуфы привлекли внимание доктора Робертса в Боулдере, Захори Берта-Томпсон, который подозревал, что раздутые атмосферы будет легче изучать, чем более устойчивые атмосферы вокруг других миров. Вместе с несколькими коллегами ученые использовали Хаббла для исследования химического состава атмосфер 51b и 51d, когда пара дважды проходила между их звездой и Землей. Третий мир, 51с, только обрезал край Солнца системы, сохраняя его атмосферу скрытой, и поэтому не был частью нового исследования.
Исследователи обнаружили, что обе планеты производят сигнал, указывающий на то, что крошечные частицы, называемые аэрозолями, доминируют в атмосфере. Эти аэрозоли могут быть созданы массивными облачными банками, или они могут быть признаком тумана, окружающего планету.
«Наше лучшее предположение заключается в том, что мы не имеем дело с каким-либо типом конденсации облаков», - сказал Робертс. «Скорее всего, мы имеем дело с фотохимическим туманом, из которого мы просто не знаем, из чего он сделан».
В солнечной системе самая большая луна Сатурна, Титан, является единственной, где преобладает слой тумана, состоящий из углеводородов, наиболее вероятно, метана и этана. Массивная луна может дать представление о супер-пуфах, которые могут нести расширенную версию тумана.
«Мы можем смотреть на некоторых действительно пушистых Титанов», - сказал Робертс. [Сумеречная дымка сияет над Большим лунным титаном Сатурна в великолепном фото Кассини]
Планеты сладкой ваты
Расчет плотности планеты требует возврата к физике средней школы. Плотность объекта - это его масса, деленная на его объем; объем определяется его радиусом. Точные измерения Хаббла помогли исследователям лучше ограничить массу экзопланет. Чтобы найти их радиус - и, следовательно, их объем - ученые сравнивают размер планеты с ее звездой. Пересматривая то, что было известно о звезде, Робертс и ее коллеги смогли определить более точный радиус.
Масса Kepler-51b примерно в два раза больше массы Земли, а радиус примерно в семь раз больше, и она вращается вокруг своей звезды каждые 45 дней. Со своей 130-дневной орбитой Kepler-51d немного больше, примерно в 7,5 раза массивнее Земли с радиусом, почти в десять раз превышающим радиус нашей планеты. Третий брат, Кеплер-51с, путешествует вокруг звезды в течение 85 дней и имеет в четыре раза больше радиуса Земли.
Объединяя обновленную массу с пересмотренным радиусом, исследователи могли рассчитать, что плотности планет варьировались от 0,03 до 0,06 г на кубический сантиметр. Это на одну десятую плотнее, чем Сатурн, наименее плотная планета Солнечной системы, и она будет плавать в воде, если вы найдете достаточно большую ванну.
Чтобы понять, что это будет означать в реальных условиях, потребуется немного больше работы, но Робертс был полон решимости.
Ее первая мысль была о зефирах. Она растопила партию в микроволновке, но обнаружила, что белые угощения все еще слишком густые.
«Это был просто ужасный беспорядок», - сказала она Space.com.
За вычеты из сладкой ваты она направилась в продуктовый магазин и купила контейнеры из сладкой ваты. Свежесращенный материал был недостаточно плотным, но она надеялась, что расфасованные ванны могут сработать. Она измерила объем контейнера и взвесила материал, чтобы вычислить его плотность, которая была близка к супер-затяжкам.
«Я купил так много таких ванн, [кассир] был, как вы, должно быть, фанат сладкой ваты», - сказал Робертс.
«Я был как, это для науки».
Молодые планеты
Почему эти миры такие плотные? Робертс считает, что их молодость может сыграть ключевую роль. Планеты образуются, когда пыль и камни сталкиваются, чтобы построить мир. Когда скалистое ядро достаточно массивно, его гравитация затягивает более легкий газ, чтобы создать атмосферу.
Согласно моделям, три супер-пуфа сформировались вне снежной линии их системы, невидимой границы вокруг центральных звезд, где газ достаточно холоден, чтобы конденсироваться в лед. Затем планеты мигрировали внутрь, достигнув своих нынешних орбит. Когда они приблизились к теплой звезде, их лед растаял и создал газовую атмосферу, которая начинает выпирать.
В то время как планеты начинают нагреваться от столкновений, которые их образовали, они со временем охлаждаются, вызывая сжатие материала. В то же время звездные ветры отрывают часть своей атмосферы. По словам Робертса, модели предполагают, что в ближайшие 5 миллиардов лет, когда он немного старше Земли, 51b будет больше похож на типичную планету Нептуна. Поскольку она находится дальше от звезды, она сказала, что «51d, скорее всего, будет немного странным, потому что его атмосфера не лишена».
«Через несколько миллиардов лет мы увидим эти планеты меньше, чем сейчас», - сказал Робертс.
Робертс сказал, что если бы вы могли стоять на одном из супер-затяжек (при условии, что он имеет каменистую поверхность), давление атмосферы, вероятно, было бы очень высоким. Вы бы лучше плавали выше в атмосфере, где давление будет ниже, добавила она.
В начале своей жизни Земля, вероятно, имела свою раздутую атмосферу, сказала она, хотя, вероятно, потеряла ее очень быстро.
Ученые планируют представить свои исследования для публикации позже этим летом.
Теперь нам просто нужны сладкие миры для спортивных цветов сладкой ваты, такие как синий, розовый, фиолетовый или зеленый!
