Почему Солнечная система самая необычная из всех известных планетных систем?

Пишет автор познавательного ютуб-канала "SmartPedia": Солнечная система воспринимается нами как что-то само собой разумеющееся, как что-то простое и обычное во Вселенной. Казалось бы, что таких звездных систем полно в необъятном космосе, наполненном триллионами звезд. Но это не так. Наша Солнечная система выделяется на фоне других обнаруженных планетарных систем.

Пока что это самая необычная планетарная система из открытых. В этой статье я не буду рассказывать о том, как ученые обнаруживают другие планетарные системы и откуда известны их свойства. Человечество не живет в пещерах и наши технологии позволяют даже напрямую наблюдать внесолнечные системы.

Видео на данную тему в самом конце, а ниже идет текстовая версия...

А о методе Доплера, методе транзита, периодических пульсаций и гравитационного линзирования вы можете почитать сами, я тут просто приведу несколько аргументов в пользу того, что Солнечная система – самая уникальная и странная из всех известных.

Начнем с нашей звезды – Солнца, а потом перейдем к планетам и системе вообще. В общем, звезд такого типа как Солнце – во Вселенной всего около 7.5%. Большинство звезд во Вселенной – это звезды класса М, Красные карлики (76,4% от всех звезд).

Этих звезд (Красных карликов), кстати, не видно невооруженным глазом на ночном небе. Если бы их было видно, то ночное небо было бы намного больше усыпано звездами. Скажу больше. Большинство звезд, которые выглядят как одиночные точки на ночном небе, это, на самом деле, двойные звездные системы.

Но это не значит, что все остальные звезды одиночные – некоторые из остальных звезд тройные, а некоторые имеют даже 7 звезд в системе как, например, Ню Скорпиона.  Как итог – по крайней мере две трети (больше, чем 66% всех звезд) являются членами двойных или кратных звездных систем. Так что да – одиночных звезд меньшинство.

А теперь по поводу планет. Оказывается, в Солнечной системе нет самой распространённой (из известных) планет во Вселенной, а именно горячих суперземель или горячих мининептунов. Короче, нет планеты средней между Землей и Нептуном. Смотрите, как все у нас тут устроено:

Юпитер в 3.3 раза тяжелее Сатурна. Сатурн в 5.5 раз тяжелее Нептуна. Нептун почти такой же, как Уран (всего в 1.1 раз тяжелее него), а дальше Уран резко в 14.5 раз тяжелее Земли! Опа. Что это за резкий переход? Смотрим на натуральные цифры: 3, 5, 1 и резко 14. Да и вообще, посмотреть на состав этих планет – резкая разница в составе между Землей, и Нептуном с Ураном. Что-то тут не то, правда?

В Солнечной системе планеты либо слишком большие, либо слишком маленькие. Ощущение, как будто между Землей, и Ураном с Нептуном должен быть какой-то переходной тип планеты, правда?

Оказывается, что такой тип планет (средний между Землей и Нептуном) – самый распространённый тип из известных экзопланет во Вселенной.

Посмотрите на эту периодическую таблицу открытых экзопланет:

По горизонтали у нас отмечена температура их поверхности – по центру температура оптимальная для известной нам жизни, наверху – слишком горячая, а снизу – слишком холодная температура для известной жизни. По вертикали слева направо: в первом столбце находятся так называемые мини-земли – планеты, размером и массой похожие на Меркурий; Во втором столбце показаны субземли – планеты размером с Марс, в третьем – планеты c размером Земли, в четвертом – суперземли – планеты в 5-10 раз тяжелее Земли и больше примерно в два раза; Дальше идут Нептуны – планеты размером с Нептун и наконец Юпитеры – планеты размером сопоставимым с Юпитером. Конкретные цифры приведены непосредственно над таблицей, где М – масса Земли и R – радиус Земли. Вот как раз планет из категории горячая «суперземля» открыто больше всего (25.1% среди всех остальных 18 категорий планет).

Вот такая же таблица, но с кандидатами в экзопланеты:

Тут тоже лидирует горячая суперземля – почти треть от всех кандидатов. Что же это за планета такая – горячая суперземля? Пусть вас не вводит в заблуждение название «суперземля», это не означает, что это планеты с условиями на поверхности похожими на Землю, это характеризует только массу и размер.

Суперземля – это планета с массой от 5 до 10 Земель и радиусом от 1.5 до 2.5 радиусов Земли. «Горячая» означает, что там температура на поверхности слишком высокая для известных форм жизни (больше 100 градусов Цельсия). По сути, это все параметры, о которых можно говорить более-менее уверенно, но разумно предполагать, что в основном такие планеты являются каменно–металлическими, как Земля, но с более мощной атмосферой (из-за большей гравитации), такие планеты могут быть планетами-океанами или мини нептунами, то есть иметь очень мощную газовую оболочку при сравнительно небольшом каменно-металлическом ядре.

Кстати, если на какой-то суперземле существует разумная жизнь, то такой цивилизации нужно развиться технически намного лучше, чем нашей, чтобы полететь в космос. И все из-за большей силы гравитации на суперземлях. При таких технологиях, как у нас, мы бы еще долго не смогли вылететь в космос из суперземли. Возможно, планета такого типа когда-то существовала в Солнечной системе, но была выброшена из системы вследствие гравитационных пертурбаций во время формирования Солнечной системы. Некоторые ученые также предполагают существование еще одной планеты где-то за Нептуном.

А теперь внимание! Кто-то скажет, что суперземли самые распространённые из известных просто потому, что планеты меньше Земли обнаружить труднее, а тем более холодные, и будет максимально прав. Вполне возможно, что статистика изменится после того, как человечеству станут доступны более продвинутые технологии для поиска экзопланет. Если посмотреть на такую же таблицу для Солнечной системы, то мы увидим, что холодные мини земли – самый распространённый тип небесных тел, входящих в рамки этой классификации.

Это небесные тела размером с нашу Луну, но ни одно из этих тел не является планетой согласно определению планеты. Это луны других планет, и вот тут можно уже практически с уверенностью заявлять, что таких лун во Вселенной намного больше, чем остальных планет в этой таблице. Но именно лун, а не планет. Из-за методов поиска экзопланет, обнаружить большие, горячие планеты вблизи своей звезды намного проще, чем холодные, маленькие, лежащие далеко от звезды, именно поэтому в названии статьи содержится слово «из известных», так как человечество не владеет полной информацией, скажем, о всех планетарных системах в нашей галактике, и вполне возможно, что Солнечная система не такая уж и необычная, но возможно также, что она еще более необычна, чем мы себе представляем.

Идем дальше. Известные экзопланеты находятся очень близко к своей звезде. Большинство планет находятся к своей звезде ближе, чем Меркурий к Солнцу. Вот два графика дающих наглядное представление о расстоянии экзопланет от звезды:

Тут расстояние показано в милях и астрономических единицах, если кому-то сложно сориентироваться, то скажу конкретно –наибольшее количество экзопланет находится на расстоянии от звезды в пределах от 6 до 30 миллионов километров. Для сравнения, Земля находится в среднем на расстоянии 150 миллионов километров от Солнца, а Меркурий – 58 миллионов километров. Нептун – 4.5 миллиардов километров от Солнца. Приведу конкретный пример – звезда TRAPPIST-1 и ее система планет, все из которых находятся очень, очень близко к звезде. Самая далекая находится на расстоянии 9 миллионов километров, а самая близкая – почти два миллиона километров от звезды. Еще раз напомню, что Меркурий находится на расстоянии 58 миллионов километров от Солнца.

Из-за такой близости к звезде на этих планетах год длится пару Земных дней. Я понимаю, что это выглядит странно, но все как раз наоборот – такая ситуация, когда планеты ближе к своей звезде, чем Меркурий к Солнцу – обычна во Вселенной. Это не всегда значит, что на этих планетах супер жарко, так как большинство звезд не такие большие и горячие как Солнце.

Кроме этого, Солнечная система необычайно велика. Как я уже упоминала, расстояние от Солнца до Нептуна в среднем составляет 4.5 миллиарда километров. Сравните это с тем же ТРАППИСТ – 1 и самой далекой планетой там, которая удалена всего на 9 миллионов километров от своей звезды.

Вообще, другие планетные системы редко превышают размер орбиты Земли, так что Солнечная система просто гигантская по сравнению с большинством других известных планетных систем, хотя далеко не самая большая. И в этом ничего странного – большинство звезд, как я уже сказала, это красные карлики. Их масса меньше солнечной в несколько раз, поэтому они и неспособны удерживать большие планетные системы.

Еще одна странность — это то, что газовым гигантам свойственно находиться близко к звезде, в Солнечной системе же наоборот – все газовые гиганты отдалены от Солнца.

Ученые так же обнаружили корреляцию между эксцентриситетом орбит и количеством планет в планетной системе. Эксцентриситет орбиты – это, если объяснять по-человечески, мера сжатости орбиты, ну или вытянутости, смотря как посмотреть.

GIF●863 Кб

Как известно, орбиты – это не идеальные круги, а эллипсы. Эксцентриситет показывает, насколько эти эллипсы как бы «сплющены». Вот примерное сравнение эксцентриситетов орбит планет в Солнечной системе.

Как видно, самый большой эксцентриситет (сплющенность орбиты) у Меркурия. Самый маленький – у Нептуна. Заметьте одну очень важную вещь – эти орбиты не пересекаются. Некоторые тела в Солнечной системе имеют очень большой эксцентриситет, и эти тела могут столкнуться с планетами.

Так вот, в большинстве других планетарных систем, эксцентриситеты орбит очень большие, они пересекаются и из-за этого всегда есть шанс, что планеты столкнутся.

А так как временные масштабы существования многих планетных систем измеряются в миллиардах лет, то реализуются даже самые маленькие шансы, и планеты с большим эксцентриситетом сталкиваются с другими планетами. Из-за этого, в других планетных системах (в подавляющем большинстве) очень мало планет по сравнению с нашей системой, причем это показывают не только наблюдения, но и теоретические предсказания. В общем пока что, если сравнивать с другими системами, Солнечная имеет наибольшее количество планет в системе. Только одна система из известных имеет такое же количество планет.

Аргументов исключительности можно привести больше, это только основные, но их уже достаточно, чтобы заявить, что Солнечная система – самая уникальная из известных. Не забывайте, что ключевое слово тут – из известных. Окажется ли, что Солнечная система еще более необычная, или же она все же менее необычная, узнаем только в будущем. Напомню, что новый флагманский космический телескоп Джеймса Уэбба должны запустить уже совсем скоро, под конец 2021 года. Ожидается, что он откроет очень много внесолнечных планет. Поживем – увидим.

Напоследок вспомню самую уникальную вещь Солнечной системы – это единственная система из известных, в которой существует жизнь. Но тут опять же, ключевое слово – из известных…

Источник