21
« : 06 Янв, 2021, 06:37:30 »
А еще, коль скоро в астрономическом приложении упомянуты, скажем, газовый и ледяной гиганты, но не рассказаны подробности о том, что это и чем друг от друга отличается, решил я рассказать про классификацию планет (и подобных им объектов).
Проблема в том, что общепринятой законченной официальной классификации планет пока не существует, поэтому описывать можно только принятые классы планет, открытых к настоящему времени в Солнечной системе и за ее пределами.
Для начала - планеты земной группы. Можно считать, что особенностью этих планет является наличие у них твердой или жидкой поверхности, над которой может находиться газовая оболочка (атмосфера). Планеты земной группы подразделяются на миниземли и суперземли.
Миниземля - планета с твердой поверхностью, сравнимая с Землей по массе или меньшая ее. Примеры - Земля, Марс, Венера, Меркурий.
Иногда (и часто) выделяют собственно миниземли - планеты с массой, существенно существенно меньшей массы Земли (в Солнечной системе это - Меркурий и Марс) - и земли (по массе сравнимые с Землей) - но такое разделение не является общепринятым. В принципе, отличить их можно так: на месте Земли в Солнечной системе миниземля за длительное время не сумела бы удержать атмосферу, а земля бы ее сохранила. В таком варианте классификации в Солнечной системе есть две миниземли - Марс и Меркурий - и две земли - Земля и Венера.
Суперземля - планета с твердой (или жидкой) поверхностью, заметно превышающая Землю. Признаком суперземли может являться мощность атмосферы, сравнимой по размерам с самой планетой, хотя это вовсе не обязательно. Считается, что масса суперземли находится в пределах от трех до семи-десяти масс Земли, а возможно при некоторых условиях - и более. При большей массе планета захватывает при своем формировании летучие вещества из протопланетного диска и переходит в класс более крупных планет - ледяных гигантов, потому что у нее появляется протяженная газовая оболочка, под давлением формирующая мощный ледяной слой. Подкласс горячих суперземель составляют планеты, близкие к своим звездам и имеющие в результате высокую температуру поверхности (от семисот градусов Кельвина). В Солнечной системе суперземель нет.
Вариант планет такого типа - хтоническая планета - бывший горячий газовый или ледяной гигант, под влиянием излучения своей звезды потерявший газовую оболочку и сохранивший лишь каменное или металлическое ядро. Скорее всего, хтоническими планетами являются две планеты субкарлика KOI-55, сбросившего свою оболочку - KOI-55b и KOI-55c. Они отличаются феноменальными характеристиками - удалены от центра своей звезды на 900 тысяч (всего в два с половиной раза дальше, чем Луна от Земли!) и 1,15 миллиона километров, имеют периоды обращения 5 часов 45 минут и 8 часов 15 минут, и температура подзвездной точки ближней из них превосходит девять тысяч градусов - выше, чем у подавляющего большинства звезд.
В зависимости от химического состава, планеты земной группы могут быть классифицированы как силикатные планеты, железные планеты (пример - суперземля Kepler-10b, имеющая массу 4,5 земной и плотность выше, чем у железа), углеродные планеты, планеты-океаны.
Планеты с массой, существенно большей земной, но недостаточной для появления в их центре металлического водорода под действием давления вышележащих слоев классифицируются как ледяные гиганты, которые иногда называют нептунами (масса - ориентировочно от десяти до шестидесяти масс Земли). Они заметно отличаются от планет земной группы, потому что их основную массу составляют так называемые льды - метановые, аммиачные или водяные горячие пластичные массы, находящиеся под высоким (сотни тысяч и миллионы атмосфер) давлением. У них нет выраженной твердой поверхности - мощная атмосфера плавно и непосредственно переходит в лед. Типичные представители ледяных гигантов - Уран и Нептун. Ледяные гиганты тоже в зависимости от положения относительно звезды могут быть горячими ("горячие нептуны").
Еще более крупные планеты классифицируются как газовые гиганты или "юпитеры". При такой массе планета эффективно захватывает и удерживает своим тяготением легкие летучие газы, и поэтому основная масса этих планет приходится на водород и гелий, которые не только формируют атмосферу, но и в основном составляют недра планеты. Эти газы сжаты огромным давлением до жидкого, а в центральных областях планеты - до твердого металлического состояния. Примеры - Юпитер, Сатурн. С большой долей вероятности в центре таких планет идут термоядерные реакции, только их эффективность невелика и не играет существенной роли в тепловом балансе.
Среди "горячих юпитеров " можно выделить интересный подкласс рыхлых планет - небольших горячих юпитеров массой, примерно равной массе нашего Юпитера или превосходящих ее не более, чем в два раза, очень близких к своей звезде, имеющих высокую температуру (тысячи градусов) и поэтому из-за испарения очень протяженных. Пример - WASP-17b массой 0,49 массы Юпитера, диаметром почти в два раза большим и плотностью как у пенопласта.При большей массе гравитация планеты не дает газам "убегать" на большое расстояние и образовывать протяженную атмосферу.
Самые крупные газовые гиганты могут оказаться субкоричневыми карликами, то есть, образованиями, по виду схожими с планетами, но образованными как звезда - коллапсом газового облака.
Начиная с массы 12,57 массы Юпитера, газовые гиганты уже считаются коричневыми карликами - в них безусловно идут термоядерные реакции с заметной интенсивностью, которой, однако же, не хватает для компенсации охлаждения.
При массе, превосходящей Юпитер в восемьдесят раз (0,0767 массы Солнца), интенсивность термоядерной реакции достаточна для компенсации охлаждения - и такой объект является звездой (красный карлик класса М).
Особняком стоят так называемые гелиевые планеты - планеты-гиганты, сформированные из гелия, потерянного белым карликом. Такие планеты являются в значительной степени плодом теоретических представлений, хотя планета GD 66b, обращающаяся вокруг белого карлика GD 66, является кандидатом в такие объекты.
Следует обратить внимание на интересное обстоятельство: "нормальные" планеты массой более 12,57 масс Юпитера можно отнести к коричневым карликам, потому что температура и давление в них оказываются достаточными для протекания термоядерных реакций синтеза гелия из дейтерия. Но гелиевые планеты дейтерия изначально не содержат, поэтому вступать в ядерную реакцию в них просто нечему - ядерные реакции в центральной части таких планет не могут начаться ни при какой, даже весьма большой мыслимой массе. Даже если представить себе, что масса такого объекта превысит 7,67% массы Солнца, он при этом не будет являться звездой, поскольку "термодерного топлива" в нем нет, и излучать энергию нечему - по свойствам он будет соответствовать белому карлику. Так что в каком-то смысле гелиевые планеты - это сверхмалые белые карлики.
Ну, и о терминах "горячая планета" и "холодная планета". Они имеют строгое значение и объективный характер. Ответ на вопрос о том, является ли данная планета просто теплой, очень теплой или же горячей, никак не зависит от мнений, предпочтений или же ощущений того или иного человека и решается относительно просто.
Для того, чтобы получить этот ответ, нужно всего лишь рассчитать, на каком расстоянии от звезды, вокруг которой обращается эта планета, должна находиться Земля, чтобы получать столько же излучения, сколько мы получаем, обращаясь вокруг Солнца. Это расстояние часто называется радиусом эффективной земной орбиты.
И если расстояние, на котором планета обращается вокруг своей звезды (строго говоря, так как планеты более или менее обращаются по эллипсу - большая полуось орбиты) меньше, чем радиус эффективной земной орбиты для этой звезды, в десять и более раз - то планета именуется горячей.
Если это расстояние лежит в пределах от 0,1 до 0,4 радиуса эффективной земной орбиты - очень теплой.
Если от 0,4 до 0,8 - теплой.
Замечу, что температурой как таковой эти понятия не определяются.