Сверхземля

Изображение двух гипотетических сверхземель при сравнении последних с Землёй. Обычно под сверхземлями понимают планеты земной группы с массой выше массы Земли

Сравнительные размеры планет

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

Обычно под сверхземлёй понимают каменную планету земного типа, состоящую из каменных пород и по строению сходной с Землёй^[1]. Планет этого типа в нашей Солнечной системе нет, самая большая планета земной группы в нашей Солнечной системе — Земля. Другая планета — Уран, имеющая уже 14,5 масс Земли, не относится к сверхземлям. Под сверхземлёй понимают планету обычно с массой 1-10 масс Земли^[2] (в других источниках — 5-10 масс Земли).^[3] Планеты этого типа были обнаружены сравнительно недавно в других звёздных системах. Сверхземли имеют небольшую массу, и их трудно обнаружить доплеровской спектроскопией. Лучший способ поиска планет такого типа — гравитационное микролинзирование.

Граница между сверхземлями и газовыми гигантами типа Нептуна нечётка, 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.

История открытий

Первая найденная сверхземля

Первая планета этого типа была обнаружена возле пульсара PSR B1257+12 в 1991 г., это одновременно и первые открытые 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 сверхземля, обращающаяся вокруг нормальной звезды, была обнаружена в 2005 г. около звезды Глизе 876 и получила название Глизе 876 d (ранее в этой системе было обнаружено уже 2 газовых гиганта типа Юпитера). Масса планеты была равна 7,5 массам Земли, а протяжённость года на планете — всего 2 дня. Так как Глизе 876 имеет небольшую светимость, то температура на планете составляет около 280 °C.^[4]

Cверхземли, обнаруженные в 2006 году

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

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

Первая сверхземля в обитаемой зоне

В апреле 2007 г. учёными был обнаружен ряд планет возле звезды Глизе 581^[6]. Одна из этих планет (Глизе 581 c) имеет массу около 5 масс Земли, удалена от своей звезды на 0,073 а. е. и находится примерно в «зоне 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, предположительные расчёты говорят, что на планете может быть слишком сильный парниковый эффект. Если так, то реальная температура на планете будет намного выше, чем предполагаемая. Другая планета Глизе 581 d уже слишком далека от своей звезды (2,2 а. е.), чтобы быть в зоне жизни. Масса этой планеты 7,7 масс Земли.

Сверхземли, обнаруженные в 2008 году

Самая маленькая найденная (на тот период) сверхземля была найдена вокруг объекта MOA-2007-BLG-192Lb 2 июня 2008 г.^[7][8] Планета имеет массу 3,3 массы Земли и обращается вокруг коричневого карлика, а найдена она была методом гравитационного микролинзирования.

В июне 2008 г. европейскими исследователями в Чили были найдены три сверхземли вокруг звезды HD 40307, масса которой почти равна массе Солнца. Масса планет соответственно равна 4,2, 6,7 и 9,4 массы Земли.^[9]

Помимо этого, другими европейскими исследователями была обнаружена планета с массой в 7,5 масс Земли, которая обращается вокруг звезды HD 181433. Также звезда содержит планету с массой примерно равной массе Юпитера с периодом обращения в 3 года.^[10]

Сверхземли, обнаруженные в 2009 году

Планета COROT-7-b

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

3 февраля 2009 г. была найдена планета COROT-7b 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 аналогичное 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 Земля-Солнце), из-за чего её освещённая сторона состоит из кипящего лавового океана, а атмосфера состоит из паров минералов, которые затем идут каменными дождями. Температура на планете больше 2 тысяч градусов.^[11] В этом же году была найдена новая планета в системе Глизе 581 Глизе 581 e с массой в примерно 2 массы Земли. Планета была найдена 21 апреля 2009 г. Это самая маленькая на данный момент планета по массе, которая обращается вокруг нормальной звезды. С учётом расстояния до звезды в 0,03 а. е., она слишком близка к своей звезде для того чтобы на ней была жизнь, а год на планете длится всего чуть более трёх дней.^[12][13]

24 августа 2009 г. была обнаружена вторая сверхземля вокруг звезды COROT-7, COROT-7c. Она была обнаружена на обсерватории Ла-Силья в Чили при помощи инструмента HARPS. Свойства этой сверхземли похожи на свойства сверхземли COROT-7b — масса планеты 8,4 массы Земли, большая полуось 0,046 а. е., обращение вокруг звезды длится около пяти дней. Для наличия жизни там слишком жарко.

16 декабря 2009 г. была обнаружена первая планета-океан, GJ 1214 b. Эта планета стала второй, атмосферу которой можно исследовать с помощью текущего оборудования, и первой, которая на 75 % по массе состоит из воды.

На ноябрь 2009 г. было найдено 30 сверхземель. Большинство из них (24) было обнаружено HARPS (радиальным способом) в Чили.^[14]

Сверхземли, обнаруженные в 2010 году

7 января 2010 года была обнаружена планета HD 156668b. Нижний предел массы — 4,15 масс Земли. Это вторая по минимальной массе планета, которая была обнаружена методом Доплера. Из планет обнаруженных этим методом, только Глизе 581 e имеет меньшую массу.^[15]

В сентябре 2010 года была открыта планета Глизе 581 g, по соседству с Глизе 581 c. Большая полуось — 0,146 а. е. Средняя температура на поверхности планеты оценивается (в зависимости от альбедо) от -31 до -12 °C, что близко к земному значению (-18 °C).^{[источник не указан 115 дней]} Учитывая парниковый эффект, который сильно поднимает температуру на Земле, предполагается, что погодные условия на планете могут быть близкие к земным, там не очень холодно и не очень жарко.

Сверхземли, обнаруженные в 2011 году

Примерный вид планеты Kepler-10b

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

Kepler-10b имеет довольно много общего с COROT-7b, 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 металлическом океаном.

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

Материнские звёзды

Сверхземли были найдены преимущественно у звёзд небольшой массы, менее солнечной, и относящихся к оранжевым и красным карликам. Массы звёзд в основном варьировали от 0,31 до 0,84 масс Солнца.^[16] Все обнаруженные сверхземли находятся на орбите звёзд, обеднённых металлами.^[16]

См. также

• Планета-океан
• Горячий Нептун
• Классификация экзопланет по Сударскому
• Список сверхземель в обитаемой зоне

Примечания

1. ↑ Сверхземля: Термины и определения
2. ↑ 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.
3. ↑ 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.
4. ↑ 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.
5. ↑ Valencia et al., Radius and structure models of the first super-Earth planet, September 2006, published in The Astrophysical Journal, February 2007
6. ↑ 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.
7. ↑ Oasis, Online Abstract Submission and Invitation System — Program Planner
8. ↑ [0806.0025] A Low-Mass Planet with a Possible Sub-Stellar-Mass Host in Microlensing Event MOA-2007-BLG-192
9. ↑ BBC NEWS | Science/Nature | Trio of 'super-Earths' discovered
10. ↑ AFP: Astronomers discover clutch of 'super-Earths'
11. ↑ 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
12. ↑ Lightest exoplanet yet discovered. ESO (ESO 15/09 - Science Release) (21 апреля 2009). Проверено 15 июля 2009.
13. ↑ Barnes, Rory; Jackson, Brian; Greenberg, Richard & Raymond, Sean N. (2009-06-09), "Tidal Limits to Planetary Habitability", arΧiv:0906.1785v1 [astro-ph] 
14. ↑ 32 planets discovered outside solar system — CNN.com
15. ↑ Вторая самая маленькая суперземля была обнаружена.
16. ↑ ^{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]