вторник, 9 июня 2015 г.

1-я Книга Федора. Файл 7-Б. "Солнечная система - уникальна?"


Маркус Ву

    Наша Солнечная система: неужели мы одни такие?.

До недавнего времени это были единственные известные нам планеты
    «Мы хорошо знакомы с Солнечной системой – ведь, по сути, это наш родной дом. Названия входящих в ее состав планет, порядок их расположения (а может быть, даже расстояние от Солнца) известны многим из нас еще со школы. Однако, как выяснил корреспондент "BBC Earth", наш дом не очень похож на другие.
    Есть четыре внутренние планеты, расположенные ближе всего к Солнцу, они называются планетами земной группы (или твердотельными планетами). Твердая поверхность позволяет ходить по ним или осуществлять посадки космических аппаратов. Есть четыре внешние планеты (за исключением относительно небольшого, состоящего из скальных пород и льда Плутона, планетный статус которого относительно недавно был пересмотрен - теперь он считается карликовой планетой), они представляют собой гигантские газовые шары, окруженные кольцами. А между внутренними и внешними планетами расположен пояс астероидов.
    Такая стройная конфигурация, правда? Собственно, около столетия у нас ничего и не было, кроме нее. Но в 1995 г. ситуация изменилась. 20 лет назад астрономы обнаружили первую экзопланету - планету, обращающуюся вокруг звезды, но не Солнца, вне Солнечной системы. Это был газовый гигант, похожий по массе на Юпитер, который назвали 51 Пегаса b.
    В последующие два десятилетия удалось открыть тысячи других планет. По некоторым оценкам, в нашей Галактике их сотни миллиардов. Таким образом, Солнечная система не уникальна.
    И все-таки, несмотря на такое большое количество планетных систем, астрономы считают, что в определенном смысле Солнечная система стоит особняком. Как так?
    "Становится все более очевидно, что Солнечная система нетипична", - говорит Грегори Лафлин, планетолог из Калифорнийского университета в Санта-Крузе.
    Пока еще не совсем понятно, насколько велика эта нетипичность (ведь одно дело - панк, забредший на вечер встречи ветеранов колхозного движения, совсем другое – лепрекон, скачущий по улице на единороге), но ученые уже пытаются объяснить причины особенностей Солнечной системы.
    Если она окажется космологической аномалией, то, возможно, таковой является и Земля - а с нею и жизнь на нашей планете.
    Иными словами, нельзя исключать нашу уникальность во Вселенной.

    Уникальная система?

    Стоит только примириться с мыслью о том, что планеты в космосе встречаются не реже звезд, как перед нами возникает новое открытие - поразительное разнообразие их параметров. "Мы всегда питали надежду на то, что планет в космосе много, - говорит Лафлин. - И оказалось, что это действительно так. Но найденные нами экзопланеты разительно отличаются от планет Солнечной системы".

Астероиды исчезли из внутренних районов Солнечной системы
    При помощи орбитальной обсерватории "Кеплер" астрономам удалось обнаружить тысячи экзопланет самых разнообразных составов и размеров. Оказывается, существуют совсем миниатюрные планетные системы, сравнимые по размерам с Юпитером и четырьмя из крупнейших его спутников. В других системах плоскость обращения планет находится под большим углом к плоскости вращения звезд. Некоторые планеты обращаются вокруг двух звезд сразу - наподобие планеты Татуин с двумя солнцами из фильма "Звездные войны".
    В нашей Солнечной системе есть два типа планет - маленькие каменистые и крупные газообразные. Но астрономы пришли к выводу, что большинство экзопланет не вписывается ни в одну из этих категорий. По размерам они, чаще всего, представляют собой нечто среднее: меньше Нептуна, но крупнее Земли.
Самые маленькие из обнаруженных экзопланет могут быть каменистыми – их иногда называют сверхземлями (не совсем корректный термин, поскольку сверхземля вовсе необязательно схожа с Землей - это всего лишь планета чуть большего размера). Более крупные экзопланеты, известные как "горячие нептуны", в основном состоят из газов.
    Удивительно то, что многие из этих планет находятся на очень малом удалении от своих звезд - меньшем, чем расстояние между Меркурием и Солнцем. В 2009 г., когда астрономы впервые обнаружили такие близкие к звезде орбиты, большинство ученых были настроены скептически. "Это казалось совершенно невероятным, люди просто не могли поверить, что такое бывает", - говорит Лафлин. Однако впоследствии при помощи обсерватории "Кеплер", запущенной в том же году, удалось подтвердить, что такой феномен не просто существует, а и весьма распространен. По всей видимости, в нашей Галактике суперземли вращаются на близких к звездам орбитах чуть ли не половине случаев.

Юпитер и одна из его лун
    В этом, говорит Лафлин, заключается одно из самых важных отличий Солнечной системы: "Внутри орбиты Меркурия (между Меркурием и Солнцем – Ред. "Би-би-си") нет вообще ничего. Даже астероидов".
    Еще одна странность Солнечной системы - это Юпитер. Крупные экзопланеты встречаются не так часто, и по большей части они обращаются по орбитам, сравнимым с земной или венерианской. Только примерно у двух процентов изученных звезд есть планеты размером с Юпитер на орбитах, сравнимых с юпитерианской.
    "Полное отсутствие каких-либо небесных тел внутри орбиты Меркурия и массивный Юпитер на значительном удалении от Солнца - вот те два фактора, которые отличают Солнечную систему", - отмечает Лафлин.
    Никто точно не знает почему это так, но у Лафлина есть одна сложная теория - он считает, что Юпитер в свое время "блуждал" по Солнечной системе, уничтожая нарождающиеся планеты и, в конечном итоге, создав условия для формирования Земли.

    Блуждающий Юпитер

    Планеты рождаются вслед за своими звездами. Звезда возникает при схлопывании газового облака в плотный шар. Из остатков газа и пыли вокруг нее формируется диск, который затем и превращается в отдельные планеты.
    Раньше астрономы полагали, что планеты Солнечной системы сформировались на своих нынешних орбитах. В непосредственной близости от горячей молодой звезды газ и лед находиться не могли - единственными возможными "строительными материалами" в этом регионе должны были быть силикаты и металлы, поэтому там и сформировались относительно небольшие твердые планеты. Вдали же от Солнца из газов и льдов возникли газовые гиганты, известные нам сегодня.

"Горячие юпитеры" могли мигрировать ближе к своим звездам, а потом снова отдаляться от них
    Однако в процессе поиска экзопланет астрономы обнаружили газовые гиганты, обращающиеся чрезвычайно близко к своим звездам – и это притом, что температуры на таких орбитах были бы слишком высокими для возникновения этих планет. Ученые пришли к выводу, что такие "горячие юпитеры", вероятно, постепенно мигрировали ближе к своим звездам. Более того, планетарная миграция может быть весьма распространенным явлением - не исключено, что газовые гиганты Солнечной системы тоже в прошлом меняли свои орбиты.
    "Раньше мы считали, что гигантские планеты находятся на своих нынешних орбитах с момента возникновения. Это был наш основополагающий постулат", - говорит Кевин Уолш, планетолог из Юго-западного научно-исследовательского института в Боулдере, штат Колорадо. Теперь же, по его словам, этого постулата больше не существует.
    Уолш - сторонник гипотезы большого отклонения (Grand Tack hypothesis), названной так в честь зигзагообразного маневра в парусном спорте. Согласно ей, Юпитер начал менять орбиту в ранний период истории Солнечной системы, причем сначала планета приближалась к Солнцу, а затем начала удаляться от светила - подобно лавирующей яхте.
    В соответствии с этой гипотезой, первоначальная орбита Юпитера была несколько уже нынешней - планета сформировалась на расстоянии примерно в три астрономические единицы от Солнца (одна астрономическая единица соответствует среднему расстоянию между Солнцем и Землей). В то время Солнечной системе было всего несколько миллионов лет - детский возраст в масштабах Вселенной, — и она все еще была наполнена газом.
    По мере обращения Юпитера вокруг Солнца газ с внешней стороны орбиты подталкивал планету ближе к светилу. Когда же за пределами юпитерианской орбиты сформировался Сатурн, это привело к возмущению газового поля, и центростремительное движение Юпитера прекратилось на расстоянии примерно в полторы астрономические единицы от Солнца.

Возможно, формирование Сатурна остановило процесс миграции Юпитера
    После этого на Юпитер начали оказывать давление газы с внутренней стороны его орбиты, отталкивая планету во внешние регионы Солнечной системы. Поскольку с внешней стороны орбиты давить на Юпитер было уже нечему, он отдрейфовал на свою нынешнюю орбиту на расстоянии в 5,2 астрономической единицы от Солнца.
    Предложенная гипотеза пришлась по душе планетологам, поскольку объясняла многие ранее непонятные феномены Солнечной системы. Благодаря "зигзагам" Юпитера регионы Солнечной системы, лежащие далее 1 астрономической единицы от Солнца, очистились от газа - по мнению астрономов, это являлось необходимым условием для формирования Марса. В рамках предыдущих моделей возникновения Солнечной системы выходило, что Марс должен быть крупнее, чем он есть на самом деле, но в гипотезу большого отклонения реальный диаметр планеты как раз вписывается.
    Гипотеза также предполагает возникновение пояса астероидов, очень сходного с тем, что мы наблюдаем в Солнечной системе, - со сходными массами, орбитами и составом небесных тел. Хотя новая модель не раскрывает причины возникновения Юпитера (ответа на этот вопрос пока ни у кого нет), она объясняет, каким образом планета оказалась на своей нынешней относительно далекой от светила орбите.
    Лафлин признает, что гипотеза большого отклонения представляется излишне заумной и даже несколько маловероятной. "Она вызывает определенный скептицизм; я сам поначалу относился к ней скептически, и в какой-то степени до сих пор в ней сомневаюсь", - говорит ученый. Но, учитывая успех, которым пользуется эта модель, Лафлин и его коллега-планетолог Константин Батыгин из Калифорнийского технологического института в Пасадене решили ее развить. "Давайте на время оставим наше недоверие, - говорит Лафлин. - Отнесемся к гипотезе серьезно и спросим себя, к каким последствиям могла привести миграция Юпитера".

    Уничтоженные в зародыше

    Оказывается, что последствия могли быть самыми серьезными. Согласно результатам компьютерных симуляций, Юпитер, добравшись до внутренних регионов Солнечной системы, начал крушить все на своем пути. Эти регионы были заполнены газом, пылью и наполовину сформировавшимися планетами - так называемыми планетезималями диаметром до 1000 км. По мере продвижения к Солнцу Юпитер пролагал дорогу сквозь весь этот материал, запуская цепочку столкновений между планетезималями, которые разбивались друг о друга вдребезги. Обломки нерожденных планет, каждый размером примерно с километр, были настолько легкими, что окружающий газ отталкивал их прямо в горнило Солнца.

Некоторые суперземли могут быть похожи на планеты Солнечной системы
    Учитывая преобладание суперземель среди обнаруженных экзопланет, велика вероятность, что и в Солнечной системе одновременно с планетезималями могло формироваться несколько таких тел. Однако вследствие блужданий Юпитера между этими суперземлями и нарождающимися планетами происходил гравитационный взаимозахват. Когда осколки планетезималей направились к Солнцу, за ними последовали и суперземли.
    После того как Юпитер вернулся во внешние регионы Солнечной системы, из оставшегося после него космического мусора сформировались Земля и другие небольшие каменистые планеты. Из-за хаоса, посеянного Юпитером, у формировавшихся планет вблизи Солнца не было шанса на спасение - именно поэтому внутри орбиты Меркурия сейчас нет никаких небесных тел. Если бы не Юпитер, вместо Земли и других каменистых планет внутренние регионы Солнечной системы были бы сейчас заполнены суперземлями.
    По крайней мере - в теории. Мы имеем дело с очень стройной теорией, объясняющей необычность Солнечной системы захватывающей цепью событий. Если так все и произошло на самом деле, нечто подобное, вероятно, могло случиться и с другими планетными системами. Таким образом, согласно этой гипотезе, либо в звездной системе должны присутствовать суперземли, либо же планеты, подобные Юпитеру.
    Пока данные космических исследований подтверждают верность гипотезы большого отклонения. "Предварительные результаты выглядят очень хорошо, - говорит Лафлин. - В звездных системах, в которых имеются суперземли, гигантские планеты на далеких от звезды орбитах не обнаружены".

Мозаичное изображение Меркурия, составленное из отдельных снимков его поверхности
    Чтобы удостовериться в этом, астрономам придется ждать по крайней мере до 2017 г., когда НАСА планирует запустить космический телескоп TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). TESS будет искать планеты, обращающиеся вокруг ближайших к Солнцу звезд, яркость которых достаточна велика для проведения точных измерений, необходимых астрономам.
    И все же Лафлин не спешит объяснять строение Солнечной системы одной лишь гипотезой большого отклонения: "Пока что мы просто узнали, что Солнечная система необычна. И гипотеза - просто одна из попыток найти этой необычности рациональное объяснение. Я уверен, что в будущем появятся другие теории, звучащие не менее убедительно".

    Не такая уж редкость?

    Насколько же необычна Солнечная система? "Судя по тем данным, которыми мы располагаем, системы, подобные Солнечной, встречаются нечасто", - говорит Уолш. 

    С другой стороны, по его словам, еще рано делать окончательные выводы, поскольку поиск экзопланет только начинается.

Обнаружение крупных экзопланет на далеких от их звезды орбитах требует длительных наблюдений
    Тому, что до сих пор астрономам удалось обнаружить лишь несколько экзопланет, похожих на планеты Солнечной системы, есть свое объяснение. "Системы, сходные с нашей, труднее найти при помощи существующих методов обнаружения экзопланет, - говорит Джим Кастинг, планетолог из Университета штата Пенсильвания. - Из того, что мы пока не нашли много систем, похожих на Солнечную, не следует, что они не распространены".
    В частности, экзопланеты диаметром меньше земного пока еще находятся вне пределов чувствительности телескопов. Даже TESS не будет способен обнаружить планеты размером с Землю на сходных с земной орбитах вокруг звезд солнечного типа.
    Да и задача обнаружения более крупных планет, схожих с газовыми гигантами Солнечной системы, потребует длительных наблюдений. Один из наиболее широко применяемых методов обнаружения экзопланет (он используется в работе "Кеплер" и будет применяться в работе TESS) - метод транзитной фотометрии, при котором по ослаблению блеска звезды во время прохождения планеты на фоне ее диска можно определить параметры планеты. Периоды обращения планет с отдаленными от светила орбитами очень велики (период обращения Сатурна, например, составляет 29 лет), так что астрономам придется ждать несколько десятилетий, прежде чем они смогут обнаружить такой транзит.
    Однако в случае с суперземлями на орбитах поуже меркурианской, да и с суперземлями вообще, собранных данных уже достаточно для того, чтобы сделать определенные выводы. "Нам известно, что такие планеты весьма распространены", - говорит Лафлин. Астрономы также знают, что газовые гиганты на орбитах, подобных юпитерианской, встречаются не так часто. А звезды солнечного типа составляют лишь 10% от всех звезд Галактики. Так что по крайней мере в этом смысле Солнечная система довольно редка.

Вероятно, Млечный Путь насчитывает сотни миллиардов планет
    Разумеется, "редкость" в данном случае - субъективный термин. По некоторым оценкам, у одной пятой всех звезд солнечного типа в Галактике есть планетные системы, схожие с нашей. Это всего пара процентов от всех звезд Млечного Пути - казалось бы, ничтожно малая величина, но следует помнить, что в Галактике насчитываются сотни миллиардов планетных систем. Один процент от этого числа все равно равен десяткам миллиардов систем, похожих на Солнечную.
    "Я бы очень удивился, если бы Солнечная система действительно оказалась уникальной, - говорит Джек Лиссауэр, планетолог из Исследовательского центра Эймса в Калифорнии. - При таком количестве звезд даже один их процент не дает повода назвать это редкостью".

    Закон больших чисел

    Возможно ли в других звездных системах существование похожих на Землю планет, на которых могла бы зародиться жизнь? Это еще более сложный вопрос. "У нас нет доказательств распространенности планет с условиями, похожими на земные, - говорит Лафлин. - Доказательств тому, что жизнь во Вселенной распространена, не имеется".

    Но Лиссауэр верит в закон больших чисел: "Я думаю, что похожие на Землю планеты, на которых могла бы зародиться и развиваться жизнь, существуют".

Более привычный нам мир на знакомой с детства планете...
    Кастинг разделяет его оптимизм: "Я не думаю, что Солнечная система уникальна. Скорее всего, существуют другие планетные системы, не особо отличающиеся от нашей. Разумеется, достоверно мы этого не знаем, вот почему нам нужно строить телескопы и проводить наблюдения".
    И тогда вместо необычности мы, возможно, обнаружим что-то очень знакомое». (1 июня 2015 года). 

    How weird is our Solar system?

    "The solar system is familiar. It's home. You've probably learned about all the planets in school, memorising their names and their order of distance from the sun.
The four planets closest to the sun are rocky, with solid surfaces you can walk or land a spacecraft on. Then you have the four outer planets (excluding Pluto), huge spheres of gas surrounded by rings. In between lies the asteroid belt like a cosmic moat.
    Planets are weirder than our own solar system would lead us to expect
    It's a tidy configuration, and for about a century and a half, it was all we knew about planets. Then, in 1995, everything changed.
    That's when astronomers discovered the first planet orbiting another star, a Jupiter-like gas giant named 51 Pegasi B. Over the next two decades, astronomers would discover thousands more worlds. According to estimates, as many as hundreds of billions of planets populate the Milky Way galaxy. The solar system, we now know, is far from alone.

Until recently, these were the only planets we knew (credit: NASA/JPL/SPL)
    The multitude of planetary systems seems to be yet another fact of our cosmic inconsequence, in which our corner of the universe is just like any other. But while planetary systems abound, astronomers are finding that in some respects, the solar system stands out.
    "It's increasingly seeming that the solar system is something of an oddball," says Gregory Laughlin, a planetary scientist at the University of California, Santa Cruz in the US.
    It's still too soon to know for sure how odd the solar system is (odd like your quirky uncle, or odd like a leprechaun riding a unicorn?), but scientists are already trying to explain why it might be so. If it turns out to be a cosmological anomaly, then so might be Earth - and life. Maybe, we really are special.

    A space oddity

    Once you get over the fact that planets are as common as stars, you're faced with their startling diversity. "We kind of always vaguely hoped and expected planets to be common," Laughlin says. "And that's absolutely right - they are common. But they are weirder than our own solar system would lead us to expect."
    With the help of the Kepler space telescope, which has discovered thousands of planets around other stars, astronomers are finding planets and planetary systems of all shapes and sizes. They've found miniature systems - cute little guys comparable in scale to Jupiter and its four biggest moons. In other systems, planets orbit at large angles compared to the rotational axis of its star. A few systems even orbit two stars at once, getting Star Wars fans excited about a real-life Tatooine planet with two suns.

[Asteroids have disappeared from the inner Solar System (credit: Johan Swanepoel/Alamy)]

    In the solar system, planets are either small and rocky or big and gassy. But now, astronomers have found that most other planets don't fit in either category. Instead, they're in between: smaller than Neptune but bigger than Earth. The smallest of these, sometimes called super-Earths (a somewhat misleading term, since a super-Earth isn't necessarily like Earth at all – it’s just a planet that’s a bit larger) might be rocky. But bigger ones, dubbed sub-Neptunes, are puffier and mainly made of gas.
    There aren't even any asteroids down there
    What's stranger is that a lot of these planets orbit extremely close to their stars - closer than Mercury is to the sun. When astronomers first discovered these tightly orbiting planets in 2009, most were sceptical. "It seemed so crazy that people really didn't believe it," Laughlin says. But then Kepler, which launched in 2009, confirmed that they do indeed exist - and they're everywhere. In fact, half of the stars in the galaxy might host super-Earth-type planets on close orbits.
    That, Laughlin says, is one of the biggest differences about the solar system. "We really have nothing interior to Mercury's orbit," he says. "There's zilch. There aren't even any asteroids down there."
    The other oddity about the solar system is Jupiter itself. Big planets aren't that common, and most of them are on orbits similar to Earth's or Venus's. Only about a couple percent of stars have a Jupiter-sized planet at a distance comparable to Jupiter's orbit.

[A close up of Jupiter and a few of its moons (credit: NASA)]

    "Having nothing interior to Mercury's orbit and having Jupiter itself - a massive planet on a Jupiter-like orbit - combine to make us unusual," Laughlin says.
    No one knows why the solar system might be unusual, but Laughlin has an idea. The explanation involves an elaborate scenario in which a nomadic Jupiter swooped in and destroyed infant planets, altering the fate of the solar system and clearing the way for the Earth we know and love.

    Planetary zigzags

    Planets are born on the heels of their stars, which form when a cloud of gas collapses into a dense ball. The leftover gas and dust that surrounds the newborn star spins and flattens into a disc like a pizza. It's in this disc that matter clumps together and creates new worlds.

[Hot Jupiters would have migrated close to their stars (credit: Detlev van Ravenswaay/SPL)]

    Astronomers used to think that the planets in the solar system formed right where they are today. Near the young sun, it was too hot for volatile compounds such as gases and ices to exist. The only construction materials were rocks and metals, so only small, rocky planets could form there. Only farther out in the cold could gases and ices accumulate and grow into the gas giants we see today.
    We used to look at the giant planets, and think those are big, so they never moved
    But astronomers discovered gas giants orbiting extremely close to their stars, where it would've been too hot to form. These so-called Hot Jupiters, astronomers realised, must have migrated from farther out, away from the heat. Planetary migration could even be common, and the gas giants in our own solar system might have had a well-traveled past themselves.
    "We used to look at the giant planets, and think those are big, so they never moved - that was our anchor point," says Kevin Walsh, a planetary scientist at the Southwest Research Institute in Boulder, Colorado in the US. In theories of planetary formation, scientists had assumed the gas giants remained fixed. But now, he says, "that anchor point? It's gone."
    Walsh says it was Jupiter that made a move early in the solar system's history. The scenario is named the Grand Tack model, after a particular zigzag manouvre in sailing. Like a sailboat, Jupiter zigged and zagged across the solar system.

[The formation of Saturn halted Jupiter's migration (credit: NASA)]

    According to the theory, Jupiter formed a little closer to the sun than it is today, at a distance of about three astronomical units (an astronomical unit, AU, is the average distance between Earth and the sun). At this time, the solar system was only a few million years old - just a baby - and still filled with gas.
    As Jupiter circled the sun, the gas outside of Jupiter's orbit pushed on the planet, nudging it into the inner solar system. When Saturn formed, outside of Jupiter's orbit, it disrupted the gas that was forcing Jupiter inward. That disruption halted Jupiter's migration as it got to about 1.5 AU of the sun.
    Let's suspend our disbelief. Let's take this seriously and ask what the consequences are
Meanwhile, the interactions between Jupiter and the gas inside of its orbit were pushing the planet back outward. Now that nothing was forcing Jupiter inward, the inner gas could push it back out, bumping it to its current orbit of 5.2 au.
    The model has gotten planetary scientists excited because it describes many unexplained features of the solar system. Jupiter's back-and-forth journey clears out all the gas beyond 1 AU, a condition that other astronomers have suggested is needed to form Mars. Previous models produced a Mars that's too big, but the Grand Tack makes one that's just right.
[So called Super Earths may or may not look like our planet (credit: Lynette Cook/SPL)]

    The Grand Tack also generates an asteroid belt very much like the one we see today, with the proper masses, orbits, and mix of compositions. Although it doesn't explain why Jupiter exists in the first place - no one really knows the answer yet - it does show how it got to its relatively wide orbit.
    Still, Laughlin admits that the whole thing sounds a little too complicated, and a bit crazy. "You have to be really sceptical of that, and indeed, I was sceptical and in some sense, I still am sceptical," he says. But given its success so far, Laughlin and another theorist, Konstantin Batygin of the California Institute of Technology in Pasedena, US, decided to take the Grand Tack a step further. "Let's suspend our disbelief," Laughlin says. "Let's take this seriously and ask what the consequences are."

    Jupiter on the warpath

    Those consequences, it turns out, are violent. Computer simulations showed that when Jupiter infiltrates the inner solar system, it wreaks havoc. The region is filled with gas, dust, and half-formed planets - lumps of up to 1,000 km in diameter called planetesimals. As Jupiter circles inward, it plows through all this material, triggering a cascade of collisions between the planetesimals, which smash each other into tiny pieces. Once they're as small as about a kilometre wide, they're so light that the surrounding gas drags them down into the sun.
[A mosaic image of the planet Mercury (credit: NASA/SPL)]

    Given the preponderance of super-Earths around other stars, there's a good chance a couple of them can also form along with the planetesimals. But as Jupiter approaches, the super-Earths become gravitationally locked with the fledgling planets. When Jupiter sends the planetesimals plunging into the sun, they pull the super-Earths with them.
    The kinds of systems that have super-Earths don't tend to have giant planet companions
When Jupiter returns to the outer solar system, it leaves behind just enough debris to form Earth and the other small, rocky planets. Thanks to Jupiter's path of mayhem, the would-be planets close to the sun never had a chance - which explains why the area inside Mercury's orbit is clear and empty today. Otherwise, the inner solar system would've been filled with super-Earths, instead of Earth and the other rocky planets.
    That's the idea, anyway. It's a great story - an intricate chain of events that just emphasises the weirdness of the solar system. If it's true, then it should have happened in other planetary systems as well. Because a planet like Jupiter wipes out super-Earths, other systems should only have one or the other.
    So far, the data are promising. "The initial indications look pretty good," Laughlin says. "The kinds of systems that have super-Earths don't tend to have giant planet companions at larger distances."



    Astronomers won't know for sure until at least the launch of the Transiting Exoplanet Survey Satellite in 2017 (see above for a NASA video about the satellite and its mission). TESS will be hunt for planets around stars in the solar neighbourhood, and are thus bright enough for the subtle measurements that astronomers need.
    Still, Laughlin isn't going all in on this hypothesis. "We're just finding out that the solar system is unusual," he says. "This is really one of the first efforts to understand this brand-new realisation. I'm sure there will be lots of other ideas—some of which will probably be very compelling."

    That's weird

    The bigger question, though, is just how weird is the solar system. "Every indication right now looks like we might be rare," Walsh says. But at the same time, the planetary census is far from complete. "The jury is still out," he says.
    Astronomers simply haven't detected many planets like those in the solar system yet. "It's more difficult to see the systems like our own by any of the existing planet finding methods," says Jim Kasting, a planetary scientist at Penn State University in State College, US. "The fact that we haven't seen many systems like our own doesn't mean they're not common. It just means they're not that easy to see."

[Even finding other bigger Saturn-sized planets will take time (credit: NASA)]

    In particular, planets smaller than Earth are still just beyond the reach of current telescopes. Not even TESS will be able to detect Earth-sized planets on Earth-like orbits around sun-like stars.
    And finding bigger planets like the ones in the outer solar system will require more time. One of the main techniques to detect planets-which Kepler and TESS use, for example - is to look for the slight dimming of starlight when a planet passes in front of it. But because planets with wide orbits take so long to go around their stars (Saturn, for example, takes 29 years), astronomers will have to look for decades before seeing such a transit.
There are planets on which life, if it were able to start, could flourish
    But data isn’t lacking when it comes to super-Earths on orbits tighter than Mercury's - or super-Earths in general. "We know those are extremely common," Laughlin says. Astronomers also know that gas giants on Jupiter-like orbits are not common. And the sun, while not rare, is only similar to about 10 percent of the galaxy's stars. So to some degree, at least, the solar system is weird.
    Of course, "weird" is subjective. Some estimates say that up to a fifth of sun-like stars in the galaxy have planetary systems like ours, which puts the total fraction at a couple percent. A percent or two sounds small, but remember that the galaxy could have hundreds of billions of planetary systems. One percent still leaves tens of billions of other solar systems.
[The Milky Way could host hundreds of billions of planets (credit: B.A.E. Inc. Alamy)]

    "I would be very surprised if the solar system were really strange," says Jack Lissauer, a planetary scientist at NASA Ames Research Center in California, US. "There are so many stars out there. Even if it's only one percent, it's still not really rare."
    Whether other solar systems give rise to a truly Earth-like planet - a pleasant place for life - is a question with even fewer answers. "There's zero evidence that Earth-like environments are common," Laughlin says. "There's zero evidence that life is common."
But for some, the huge numbers raise hopes of an Earth twin. "I think there are planets like that," Lissauer says. "There are planets on which life, if it were able to start, could flourish."
[A more familiar world (credit: NASA)]

    Kasting is also optimistic. "I think our solar system is not unique," he says. "There are likely other planetary systems that are not much different. But, of course, we don't know that - that's why you need to build telescopes and make the observations."
    And instead of weirdness, you might very well see something familiar." (Presented by Marcus Woo). 


    Темы блога «Артефакт». «Тайная история Солнечной системы»

    [Книга в работе...]
    Файл 7-В. «Перемещения Юпитера и образование планет земной группы». http://artefact-2007.blogspot.ru/2015/07/blog-post.html .

    На эту тему:
    «Земля под ударом». (20 июля 2013 года). 

12 комментариев:

  1. Анонимный9 июня 2015 г., 21:36

    Про уникальность Солнечной системы - было, было уже не раз, начиная с геоцентрических систем мира и даже раньше.
    Гипотеза "блуждающих Юпитеров" появилась не от хорошей жизни. С развитием техники наблюдений появляются один за одним факты, противоречащие конденсационной теории образования планет (да и звёзд тоже) из газопылевого облака или диска. Открытие "горячих Юпитеров" (только что родившихся, в непосредственной близости от своих звёзд) поставило, по-моему, жирный крест на данной теории. Но признать это современная ортодоксальная наука не может; вот и начали Юпитеры блуждать по системам вопреки законам небесной механики. Идеи В.А.Амбарцумяна на этот счёт давно отвергнуты и забыты. А что касается отличий нашей Системы от других - разве астрономы видят ВСЕ планеты других звёзд? И разве возраст звёздных систем один и тот же?
    vpreunov@yandex.ru

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Гипотеза уникальной Земли

      "Гипотеза уникальной Земли - предложенный ответ на парадокс Ферми, который объясняет, почему появление такой планеты, как Земля, следует считать очень маловероятным. Вместе с допущением о необходимой предпосылке появления высокоразвитых форм жизни - наличии планеты земного типа, это бы поясняло отсутствие признаков существования внеземных цивилизаций.

      Гипотеза гласит, что похожие на Землю планеты, на которых возможна жизнь, редки во Вселенной
      Гипотеза уникальной Земли была впервые детально изложена в книге «Уникальная Земля: Почему высокоразвитая жизнь не является распространённым явлением во Вселенной» (англ. Rare Earth: Why Complex Life Is Uncommon in the Universe), написанной палеонтологом Питером Уордом (англ. Peter Ward) и астрономом Дональдом Браунли (англ. Donald Brownlee). Уорд и Броунли воспользовались расширенным уравнением Дрейка для доказательства того, что существование планеты с земными характеристиками во Вселенной следует считать невероятно редким явлением..."

      Источник: "Гипотеза уникальной Земли" https://ru.wikipedia.org/wiki/%C3%E8%EF%EE%F2%E5%E7%E0_%F3%ED%E8%EA%E0%EB%FC%ED%EE%E9_%C7%E5%EC%EB%E8

      Удалить
    2. "Юпитер своими перемещениями уступил дорогу Земле". (26/06/2015). http://inosmi.ru/world/20150626/228794756.html

      Источник: "Jupiter’s Movements Made Way For Earth". ("Astrobiology Magazine", США. Jun 22, 2015). http://www.astrobio.net/news-exclusive/jupiters-movements-made-way-for-earth/

      Удалить
  2. Проблемные вопросы теории образования планетных систем

    "Очень низкие орбиты "горячих юпитеров" стали вызовом теориям образования планет во многих вопросах. Прежде всего, потому, что образование планет-гигантов в Солнечной системе считалось возможным только вдали от Солнца, там, где происходила конденсация воды и других летучих веществ с образованием льда. Поэтому, свойства первой открытой экзопланеты - 51 Peg b - сначала считали скорее исключением из правил. Однако дальнейшие открытия подобных экзопланет и их систем подтвердили явление и показали его широкую распространенность. Так что теперь астрономам есть над чем задуматься и, очень возможно, пересмотреть существующие взгляды на проблему планетообразования.

    Для объяснения существования "горячих юпитеров" обращающихся вокруг звезды по очень низким, практически круговым, орбитам сейчас используется так называемая теория миграции - медленное сползание планет с высоких орбит, где они могли образоваться, на низкие, околозвездные. В Солнечной системе такого феномена никогда не наблюдалось: планеты-гиганты, так же как и в древности, остаются на своих местах и никуда не сползают.

    Тем не менее, теория миграции - попытка вполне логически объяснить происхождения "горячих юпитеров", ведь на таком близком расстоянии от звезды им, вроде, не из чего возникнуть. Тем более что астрономы давно обнаруживали множество гигантских газово-пылевых дисков в стадии формирования планет. Обширная зона вокруг звезд свободная от газа и пыли. Плотность излучения там настолько велика, что оно выметает пылевые частицы на периферию, где-то на расстояние приблизительно в 5 а.о. и дальше от звезды.

    Это указывает, что именно на таком расстоянии создаются условия, наиболее благоприятны для формирования гигантских планет, после чего они, возможно, опускаются поближе к светилу. Однако подтверждения явления постепенной миграции планеты к звездам пока не существует. Нужно время и новое очень чувствительное оборудование. Поживем - увидим, а пока, как убеждают наблюдения, нам еще далеко до полного понимания всех этапов эволюции планетных систем. Природа еще не раз будет преподносить нам интригующие сюрпризы, а мы - восхищаться ее разнообразием и премудростью.

    Одним из таких сюрпризов является значительные эксцентриситеты орбит экзопланет с большой полуосью орбиты более 0.16 а.о. Усредненный для 90 планет на высоких орбитах он составил 0.32, в то время как усредненный эксцентриситет для планет Солнечной системы становит только 0.06. Для объяснения происхождения таких больших эксцентриситетов экзопланетных систем уже придуманы различные механизмы..." (23 Ноября 2011). http://planetologia.ru/laws-of-the-cosmos/961-problem-questions-of-the-theory-of-formation-of-planetary-systems.html

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Во Вселенной оказалось мало протопланетных дисков с большими массами

      "По оценкам астрономов к тому времени, когда происходило формирование Солнечной системы, её протопланетный диск содержал в себе количества газа и пыли, примерно эквивалентные 20 юпитерианским массам. Эта так называемая «минимальная масса солнечной туманности» (minimum mass solar nebula, MMSN) рассчитывается, исходя из текущих масс каменистых планет с учетом условий их образования; минимальная масса используется в том случае, если механизм формирования планет оказывается по какой-либо причине менее эффективным, чем ожидалось.

      Астроном из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра, США, Шон Эндрюс с коллегами изучали ранние стадии жизненного цикла протопланетных дисков, расположенных вокруг других звезд, используя свойство таких дисков охлаждаться и испускать излучение главным образом в инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах. Команда использовала субмиллиметровую камеру, установленную на телескопе Джеймс Клерк Максвелл, расположенном на Гавайях, для составления карты излучающей пыли внутри скопления молодых звезд, известного как IC348 и находящегося в молекулярном облаке Персея на расстоянии примерно одна тысяча световых лет от нас. Согласно оценкам, возраст этого скопления звезд составляет от 2 до 3 миллионов лет, поэтому планетные системы составляющих его звезд должны быть развиты лишь частично.

      Ученые обнаружили 13 субмиллиметровых источников, указывающих на протопланетные диски, внутри этого облака, при этом всего в скоплении насчитывается в общей сложности 370 известных звезд. По светимости обнаруженных источников ученые смогли оценить массы дисков, которые, как оказалось, лежали в диапазоне от 1,5 до 16 юпитерианских масс – то есть, оказались меньше чем величина MMSN. Эти результаты свидетельствуют о том, что протопланетные диски, настолько же массивные, что и диск ранней Солнечной системы, встречаются во Вселенной довольно редко – по крайней мере в изученной исследователями «возрастной категории» . Более того, допуская, что все не обнаруженные источники субмиллиметрового излучения представляют собой менее яркие в этом диапазоне диски, имеющие очевидно меньшие размеры, астрономы объединили данные наблюдений всех источников и оценили массу среднего протопланетного диска: она составила половину массы Юпитера. Таким образом, заключают исследователи, лишь менее 1 процента звезд во Вселенной обладают дисками с массой, достигающей MMSN.

      Работа опубликована в журнале "Monthly Notices of the Royal Astronomical Society"; главный автор исследования Л. Сиеза". (20 октября 2015, 06:48:53). http://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=7881

      Источник: "Astronomers' Findings Indicate The Necessary Mass Needed For Young Solar Systems". (October 19, 5:41 PM). http://www.techtimes.com/articles/97115/20151019/proto-planetary-disk-solar-system.htm

      Удалить
  3. Почему в подавляющих случаях в других системах чем больше планета, тем ближе её орбита к звезде, а в нашей системе этого не так?
    Почему в нашей системе все планеты звезды вращаются в одной плоскости, а во всех известных на сегодня системах - под различным углом к оси вращения звезды?
    Почему около половины спутников планет нашей системы имеют синхронизированную орбиту вращения вокруг своей орбиты с собственным вращением, т.е. спутники вроде Луны всегда обращены к планете только одной стороной?
    Вот для меня самые интересные факты уникальности нашей системы, а не высосанные не знаю откуда "блуждающие юпитеры", и крайне мало гипотез, объясняющих действительность. С теологической точки зрения всё ясно - боженька сделал. Или инопланетяне, для меня неважно, каким словом называть создателей (хотя я атеист). Современные ученые не пытаются доказать или опровергнуть искусственное происхождение, а придумывают разнообразные гипотезы, хотя факты перед носом и я ни за что не поверю, что профессионалы их не видят либо не признают должного значения. Поневоле поверишь во всемирный заговор, жидомасонов и киберпанк.

    ОтветитьУдалить
  4. Обзоры препринтов astro-ph. Выпуск N328. "astro-ph" за 01 - 31 августа 2015 года: избранные статьи. (1 сентября 2015. Автор Сергей Попов)

    «"arxiv:1508.00931" Солнечная система как экзопланетная система (The Solar System as an Exoplanetary System)
    Authors: Rebecca G. Martin, Mario Livio
    Comments: 8 pages, Accepted for publication in ApJ
    Авторы используют статистику, чтобы сравнить нашу Солнечную систему с другими, чтобы понять, насколько она специфична.

    Выделяется (как и ожидалось) несколько особенностей. Самые главные состоят в том, что у нас нет планет с короткими орбитальными периодами, и нет сверхземель.

    С другой стороны, Солнечная система не такой уж и урод. Что дает надежды относительно поиска настоящих двойников Земли, а может быть и относительно поиска "с кем бы поговорить». http://subscribe.ru/archive/science.news.astrophnews/201509/01104841.html

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Солнечная система - это аномалия

      "Космический телескоп «Кеплер» нашел тысячи миров во время своей четырехлетней миссии и тем самым доказал, что наша галактика забита планетами. Но еще необычнее то, что «Кеплер» рассказал нам о нашей собственной звездной системе: по сути, на фоне остальных открытых планет Солнечная система представляет настоящую аномалию.

      Этот факт прекрасно виден на примере анимации «Планетарий Кеплера IV», созданной Итаном Крузе, аспирантом кафедры астрономии из университета Вашингтона. В ней Крузе сравнивает орбиты сотен экзопланет из базы данных Кеплера с нашей Солнечной системой, которая на анимации представлена справа — и сразу бросается в глаза. Анимация показывает относительный размер кеплеровских планет (хотя, разумеется, не в сопоставимом с их звездами масштабе), а также температуру поверхности.

      Легко заметить, насколько странной кажется Солнечная система на фоне других систем. До начала миссии «Кеплера» в 2009 году астрономы предполагали, что большинство экзопланетных систем будут устроены по типу нашей: маленькие каменные планетки ближе к центру, огромные газовые гиганты в середине и ледяные куски камня на периферии. Оказалось, что все устроено по-другому.

      «Кеплер» нашел «горячие Юпитеры», огромные газовые гиганты, которые практически касаются звезд системы. Как объясняет сам Крузе, «устройство «Кеплера» диктует то, что он гораздо лучше засекает планеты с более компактными орбитами. В меньших системах планеты быстрее кружатся по орбитам, поэтому телескопу гораздо легче их засечь».

      Впрочем, не исключено, что аномальность Солнечной системы на общем фоне объясняется тем, что наши знания об остальных системах еще недостаточны, или же потому, что, как объяснялось выше, мы, в основном, замечаем более мелкие системы с быстрой периодичностью движения. Тем не менее «Кеплер» уже нашел 685 звездных систем, и ни одна их них не похожа на нашу". (4 декабря 2015, 8:50). http://www.nat-geo.ru/universe/830654-solnechnaya-sistema-eto-anomaliya/

      Источник: "A Mesmerizing Animation Shows Just How Weird Our Solar System Is". (12/02/2015, 12:40pm). http://gizmodo.com/a-mesmerizing-animation-shows-just-how-weird-our-solar-1745536355

      Видео:

      All of the Kepler multi-planet systems (1705 planets in 685 systems as of 24 November 2015) on the same scale as the Solar System (the dashed lines). The size of the orbits are all to scale, but the size of the planets are not. For example, Jupiter is actually 11x larger than Earth, but that scale makes Earth-size planets almost invisible (or Jupiters annoyingly large). The orbits are all synchronized such that Kepler observed a planet transit every time it hits an angle of 0 degrees (the 3 o'clock position on a clock). Planet colors are based on their approximate equilibrium temperatures, as shown in the legend..." ("Kepler Orrery IV"). https://www.youtube.com/watch?v=_DnDeBa0KFc

      Удалить
    2. "Одиночество во Вселенной. Гипнотическое видео показывает, что Солнечная система – аномалия". (7 декабря 2015, 14:24). http://nv.ua/techno/science/odinochestvo-vo-vselennoj-gipnoticheskoe-video-pokazyvaet-chto-solnechnaja-sistema-%E2%80%93-anomalija-84349.html

      Удалить
    3. Поразительные особенности "звезды по имени Солнце"

      ● "Одиночная звезда. По оценкам астрономов, 85 процентов звезд, находящихся вблизи Солнца, представляют собой группы из двух и более звезд, вращающихся относительно друг друга. Такие звезды удерживаются вместе благодаря силе тяготения.

      Солнце же — одиночная звезда. В своей книге «Guide to the Sun» астроном Кеннет Филлипс пишет: «Тот факт, что Солнце — одиночная звезда, кажется довольно необычным». Как утверждает Гонсалес, именно поэтому орбита Земли обладает большей стабильностью, что, в свою очередь, способствует благоприятным условиям для существования жизни на нашей планете.

      ● Массивная звезда. Еще одна особенность, по словам Гонсалеса, приводимым в журнале «Нью сайентист», заключается в том, что «Солнце входит в 10 процентов самых массивных звезд, находящихся поблизости от него». Филлипс отмечает: «Солнце составляет 99,87 процента массы всей Солнечной системы, поэтому его силы тяготения управляют всеми небесными телами этой системы».

      Благодаря такой особенности Солнца Земля находится относительно далеко от него — на расстоянии 150 миллионов километров — и все же удерживается на своей орбите. В свою очередь, такое большое расстояние до Солнца защищает все живое на Земле от испепеляющих солнечных лучей.

      ● Тяжелые элементы. Гонсалес отмечает, что Солнце содержит на 50 процентов больше тяжелых элементов,— таких, как углерод, азот, кислород, магний, кремний, железо и прочие,— чем другие звезды такого же возраста и типа. В этом отношении наше Солнце выделяется на фоне себе подобных. «Содержание тяжелых элементов на Солнце очень низко,— отмечает Филлипс,— но на некоторых звездах... содержание тяжелых элементов еще более низкое». Звезды с таким содержанием тяжелых элементов, как у Солнца, составляют отдельную категорию, так называемое звездное население I типа.

      Как это влияет на существование жизни на Земле? Дело в том, что тяжелые элементы необходимы для поддержания жизни. Но эти элементы редкие, они составляют менее одного процента Вселенной. Однако наша Земля состоит почти полностью из тяжелых элементов. Почему? Потому что, как утверждают астрономы, Земля вращается вокруг необычной домашней звезды — нашего Солнца.

      ● Менее эллиптическая орбита. Еще одно преимущество Солнца связано с тем, что оно относится к звездному населению I типа. Такие звезды обычно вращаются по почти круговым орбитам вокруг центра Галактики»,— говорится в книге «Guide to the Sun». Орбита Солнца менее эллиптическая, чем орбиты других звезд такого же типа и возраста. Почему это важно для существования жизни на Земле? Потому что круговая орбита Солнца не позволяет ему внедриться во внутренние области Галактики, где часто происходят вспышки сверхновых (взрывающихся) звезд.

      ● Спокойное Солнце. С этим связан еще один интересный факт о звезде нашей Солнечной системы. По сравнению с другими звездами никакой заметной изменчивости в излучении Солнца нет. Иными словами, его ослепительный блеск удивительно ровен и постоянен.
      Такое относительно постоянное и ровное свечение Солнца крайне существенно для жизни на Земле. «Само наше присутствие на этой планете,— говорит ученый Карл Хуфбауэр,— уже доказывает, что светимость Солнца — один из самых стабильных природных факторов».

      ● Наклонение орбиты. Орбита Солнца лишь слегка наклонена к плоскости нашей Галактики, Млечного пути. Это означает, что угол между плоскостью орбиты Солнца и плоскостью нашей Галактики очень мал. Какая польза от этого живым организмам на Земле?
      Далеко за пределами Солнечной системы нас окружает огромное сферической формы скопление комет, называемое облаком Оорта. Если бы наклонение орбиты Солнца по отношению к плоскости нашей Галактики было больше, то Солнце резко бы пересекло плоскость нашей Галактики, что могло бы вызвать гравитационное возмущение в облаке Оорта. К чему бы это привело? На Землю, по словам астрономов, обрушился бы град комет, что вызвало бы катастрофу". (Реферат на тему: «Солнце - уникальная звезда»). http://bibliofond.ru/view.aspx?id=4685

      Удалить
  5. "Круги по воде" в Интернете

    Ссылка на публикацию: Олексій Кацай в сообществе "Гугл+" "Космический репортер" https://plus.google.com/u/0/103776276718868880639/posts/BgS53CB3yEj

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Комментарий "El Talkhir" https://plus.google.com/115289616006258963734 :

      "Пыль и половина астероидов с метеоритами, а также пояс Койпера - осколки от предыдущей галактики. Хронология галактика-квазар-галактика характеризует фактор недолговечности спиральных галактик. Возраст нашей галактики согласно Путенихину 2,5 млрд лет. Подсчитывается путём закручивания спиральных рукавов в обратном направлении с помощью компьютерного моделирования. Ведь все звёзды имеют одинаковую окружную скорость вращения вокруг центра галактики 220 км/сек.

      При гибели галактики путём засасывания её в брюхо квазара остаётся множество мусора при столкновениях звёзд и планет. А когда зарождаются новые спирали галактики, то этот мусор начинает притягиваться к новым звёздным системам". (8 марта 2017 года. Комментарий к посту Ф.Д. https://plus.google.com/+%D0%A4%D0%B5%D0%B4%D0%BE%D1%80%D0%94%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B0%D1%87%D0%B5%D0%B2-2007/posts/HKbqiD3EUBj )

      Примечание Ф.Д.: сайт "El Talkhir" - http://fphysics.com/mailus ("Сайт основан Виктором Юдковичем Ганкиным, доктором химических наук, основателем и бессменным президентом Института Теоретической химии,Нидхейм, США до 2014 года. Victor Gankin, Ph. D., Dr. of Science Institute of Theoretical Chemistry)". Юрий В. Ганкин, yuriy_gankin@hotmail.com ).

      Удалить