Суперземля

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

Сравнительные размеры планет

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

Под суперземлёй понимают планету с массой 1-10 масс Земли^[1] (в других источниках — 5-10 масс Земли)^[2]. Планеты этого типа были обнаружены сравнительно недавно в других звёздных системах. Суперземли имеют небольшую массу, и их трудно обнаружить доплеровской спектроскопией.

Граница между суперземлями 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

55 Cancri e была открыта в 2004

Первая найденная суперземля

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 суперземля, обращающаяся вокруг обычной 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.^[3]

Суперземли, обнаруженные в 2006 году

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

Две другие планеты этого класса были найдены в 2006 г. OGLE-2005-BLG-390L b имеет массу в 5,5 масс Земли, обращается вокруг красного карлика и была обнаружена с помощью метода гравитационного микролинзирования. Была также найдена планета HD 69830 b с массой в 10 масс Земли.^[4]

Первая суперземля в обитаемой зоне

В апреле 2007 г. учёными был обнаружен ряд планет возле звезды Глизе 581^[5]. 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.

Суперземли, обнаруженные в 2008 году

Самая маленькая найденная (на тот период) суперземля была найдена вокруг объекта MOA-2007-BLG-192L b 2 июня 2008 г.^[6][7] 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 суперземли вокруг звезды HD 40307, масса которой почти равна массе Солнца. Масса планет соответственно равна 4,2, 6,7 и 9,4 массы Земли.^[8]

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.^[9]

Суперземли, 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-7 b 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.^[10] 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.^[11][12]

24 августа 2009 г. была обнаружена вторая суперземля вокруг звезды COROT-7, COROT-7 c. Она была обнаружена на обсерватории Ла-Силья в Чили при помощи инструмента HARPS. Свойства этой суперземли похожи на свойства суперземли COROT-7 b — 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 суперземель. Большинство из них (24) было обнаружено HARPS (радиальным способом) в Чили.^[13]

Суперземли, обнаруженные в 2010 году

7 января 2010 года была обнаружена планета HD 156668 b. 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.^[14]

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 517 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. Вскоре после наблюдений считалось что на самом деле планеты не существует — она является ошибкой измерений, но более поздние данные подтвердили её существование.

Суперземли, обнаруженные в 2011 году

Примерный вид планеты Kepler-10 b

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

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

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

17 августа 2011 года была обнаружена планета HD 85512 b. Эта планета стала самой маленькой экзопланетой, которую когда-либо обнаружили радиально-лучевым методом. Открытие сделано с помощью спектрографа HARPS, установленного в обсерватории Ла-Силья. Планета обращается вокруг оранжевого карлика с большой полуосью 0,26 а.е. С учётом того, что звезда Глизе 370 светит в 8 раз слабее Солнца, средняя температура на планете составляет ~25 °C (у Земли ~14 °C). Это ставит планету на крайнюю внутреннюю границу зоны обитания, но на планете предполагается жидкая вода, атмосфера.^[15][16] По массе планета в 3,6 раза больше Земли. Однако довольно большой эксцентристет планеты (0.11) приводит к тому, что в перигелии на планете существенно более высокая температура, чем на внутренней границе «зоны жизни», в то время как в афелии планета входит во внутреннюю границу зоны жизни.

Почти одновременно были также обнаружены три горячие суперземли вокруг звезды 82 Эридана (с помощью метода доплеровской спектроскопии). Для исследования использовался спектрограф HARPS. Планеты имеют минимальные массы 2,7, 2,4 и 4,8 земных масс и вращаются близко к своей звезде. Самая дальняя планета имеет большую полуось в 0,35 а.е (примерно как большая полуось Меркурия), период обращения 90 дней. Учитывая светимость звезды, которая равна 0,62 светимости Солнца и предполагаемое альбедо 0,3, температура поверхности планеты составляет ~115 °C, что исключает наличие жидкой воды, а соответственно, и жизни. Две другие планеты имеют ещё более высокую температуру поверхности.

По данным на 5 декабря 2011 года, телескоп Kepler обнаружил 2326 потенциальных кандидата в статус экзопланеты. Среди них: 207 планет, по размерам близких к земным, 680 суперземель, 1181 планета по размерам, близким к Нептуну, 203 планеты с массой Юпитера, и 55 планет тяжелее Юпитера. Среди этих кандидатов в планеты 48 расположены в «зоне жизни» звёзд.

20 декабря телескоп Kepler обнаружил первые две планеты, по размерам меньше Земли, которые не относятся к классу суперземель. Это Kepler-20 e и Kepler-20 f. Обе планеты по размерам близкие к размерам Земли и Венеры (Kepler-20 e чуть меньше Венеры, а Kepler-20 f чуть больше Земли). Большие полуоси планет соответственно 0,05 а.е и 0,11 а.е. Температура поверхности планеты Kepler-20 e оценивается в 760 °C, Kepler-20 f несколько ниже — около 430 °C, что близко к Венере.

Суперземли, обнаруженные в 2012 году

Новый анализ данных спектра излучения полученного от тройной звездной системы Gliese 667 в созвездии Скорпиона открыл новые факты о GL 667Cc, суперземле, массой в 4,5 раз превосходящей земную.^[17] Температура на поверхности GL 667Cc, по подсчетам ученых, должна соответствовать температуре на поверхности Земли. Планета-кандидат получает около 90 % того света, что имеем мы на Земле от Солнца. Однако, поскольку её звезда является карликом «М»-класса, то основная часть спектра излучения получаемого GJ 667Cc приходится на инфракрасный диапазон и планета успешно поглощает большую его часть. Учитывая все эти факторы, ученые пришли к заключению, что исследуемая суперземля получает примерно тоже количество звездной энергии, что и Земля от Солнца.

21 июня 2012 года астрономы из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики сообщили об открытии системы Kepler-36 с двумя транзитными планетами, находящихся во взаимном орбитальном резонансе 34:29.^[18][19] И, хотя массы этих планет различаются менее, чем вдвое, одна из этих планет — Kepler-36b, относится к суперземлям, а вторая, Kepler-36c, к мининептунам. Kepler-36b имеет диаметр, в 1,486 превышающий земной, и массу в 4,45 раз больше земной. Средняя плотность планеты оказывается равной 7,46 г/см³, что говорит о преимущественно скальном составе планеты. Расчётная средняя температура на поверхности суперземли равна 980 K. Kepler-36b вращается вокруг более яркой, чем Солнце звезды с периодом примерно 13,84 суток. Kepler-36 удалена от Земли на расстояние 470 пк (1533 световых года).

В июле 2012 года была открыта суперземля Глизе 676A d с минимальной массой в 4,4 земных на 3,6-суточной орбите у красного карлика. Она слишком горяча для наличия жизни, но является первой планетой земного типа, обнаруженной в системе, похожей на Солнечную.

17 октября 2012 года была открыта самая легкая суперземля с известной массой (всего в 1.13 раз тяжелее Земли) Альфа Центавра Bb на орбите в 3.3 дня . Говорить об обитаемости планеты не приходится — на ней плавятся даже горные породы (температура поверхности 1200 градусов Цельсия).

Материнские звёзды

Суперземли 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.^[20] Все обнаруженные суперземли находятся на орбите звёзд, обеднённых металлами.^[20]

См. также

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

Ссылки

• Отверженные планеты

Примечания

1. ↑ 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.
2. ↑ 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.
3. ↑ 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.
4. ↑ Valencia et al., Radius and structure models of the first super-Earth planet, September 2006, published in The Astrophysical Journal, February 2007
5. ↑ 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.
6. ↑ Oasis, Online Abstract Submission and Invitation System — Program Planner
7. ↑ [0806.0025] A Low-Mass Planet with a Possible Sub-Stellar-Mass Host in Microlensing Event MOA-2007-BLG-192
8. ↑ BBC NEWS | Science/Nature | Trio of 'super-Earths' discovered
9. ↑ AFP: Astronomers discover clutch of 'super-Earths'
10. ↑ 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
11. ↑ Lightest exoplanet yet discovered. ESO (ESO 15/09 - Science Release) (21 апреля 2009). Архивировано из первоисточника 10 апреля 2012. Проверено 15 июля 2009.
12. ↑ Barnes, Rory; Jackson, Brian; Greenberg, Richard & Raymond, Sean N. (2009-06-09), "Tidal Limits to Planetary Habitability", arΧiv:0906.1785v1 [astro-ph] 
13. ↑ 32 planets discovered outside solar system — CNN.com
14. ↑ Вторая самая маленькая суперземля была обнаружена.
15. ↑ Exoplanet Looks Potentially Lively. scientificamerican.com. Архивировано из первоисточника 10 апреля 2012. Проверено 25 августа 2011.
16. ↑ Is There A Habitable Planet Circling HD 85512?. spaceref.com. Архивировано из первоисточника 10 апреля 2012. Проверено 31 августа 2011.
17. ↑ Сверхземля у холодной звезды может быть обитаема. Анонс:2 Февраля 2012 — usap.org.ua / Глубокий космос
18. ↑ Kepler-36: A Pair of Planets with Neighboring Orbits and Dissimilar Densities
19. ↑ У солнцеподобной звезды обнаружена очень необычная пара планет
20. ↑ ^{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]