Некоторые экзопланеты наклоняются слишком сильно, и это отталкивает всех друг от друга

Орбиты становятся немного менее загадочными.

Отредактировано 2023-15-06
розовая звезда с планетами вокруг нееИзображение экзопланеты, вращающейся вокруг звезды.

Бурный рост числа открытий экзопланет в последнее десятилетие усилил наши надежды на то, что где-то в галактике мы найдем еще один мир, похожий на Землю. Но он также способствовал новому осознанию странных особенностей в звездных системах за пределами нашей собственной - там, где планеты демонстрируют причудливые выравнивания и эксцентричные конфигурации без какого-либо разумного объяснения. Например, склонность пар экзопланет к тому, чтобы, казалось, выталкивать себя на орбиты, более неправильные по отношению друг к другу, чем они должны быть, ставит астрономов в тупик уже почти десять лет.

Наконец, похоже, что у нас есть ответы на некоторые вопросы, почему это происходит и что это значит для поиска пригодных для жизни миров. Новые результаты, опубликованные в журнале Nature Astronomy, показывают, что у этих пар экзопланет полюса часто очень резко наклонены, что способствует возникновению "косости" (отношения между осью планеты и ее орбитой), которая отталкивает планеты друг от друга. В результате на планетах могут наблюдаться экстремальные сезонные изменения и суровый климат, что влияет на их способность поддерживать среду, пригодную для жизни.

Исходя из того, что мы сейчас знаем об орбитальной механике планет вокруг звезд, мы ожидаем увидеть определенные конфигурации. Планеты и луны часто попадают в так называемые орбитальные резонансы, когда они проходят мимо друг друга в одних и тех же точках, двигаясь по своим отдельным орбитам. Конечно, не все планеты и луны ведут себя подобным образом, но резонансы случаются чаще, чем нет. Это не просто случайное явление - это физика.

Но с тех пор, как мы начали открывать все больше и больше экзопланет, астрономы заметили, что многие планетарные пары в других звездных системах имеют орбитальные периоды, которые не поддаются резонансу, попадая на орбиты, расположенные гораздо дальше друг от друга, чем ожидалось. И ни одна из предполагаемых причин, таких как гравитационное воздействие астероидов или избыток космического газа, не подтвердилась.

Тем не менее, у нас всегда было несколько подсказок для работы. Из предыдущих исследований (включая наблюдения за лунами Юпитера и печально известным наклонным Ураном) уже было известно, что орбиты двух тел можно раздвинуть, если рассеивается достаточно энергии. Если планета имеет близкую орбиту к своей звезде, то звезда может вызывать более сильные приливы и отливы на планете, которые будут эффективно преобразовывать орбитальную энергию в тепловую. Рассеивания этой тепловой энергии может быть достаточно для того, чтобы сместить орбиту планеты.

Но сама по себе близкая орбита не объясняет того, что астрономы наблюдают во многих из этих экзопланетных систем. Что-то еще способствовало экстремальной приливной диссипации, которая могла сдвинуть целые миры. И, как оказалось, этим фактором вполне могут быть большие осевые наклоны. Молодые планеты с новыми орбитами в концентрированных регионах могут быть вынуждены поддерживать большие наклоны, что, в свою очередь, приводит к смещению орбит гораздо более радикально, чем предсказывалось. В парах планет орбиты будут смещаться дальше от резонансных моделей.

Облик создает сильные приливы, а приливы перемещают, или "лепят", орбиты", - говорит Сара Миллхолланд, астроном из Йельского университета и ведущий автор нового исследования. "До сих пор типичным предположением было то, что близкие экзопланеты имеют нулевой осевой наклон. Наше исследование говорит об обратном".

Исследование представляет собой лишь теорию, и пока не было проведено никаких прямых измерений осевых наклонов экзопланет, чтобы подкрепить эту гипотезу. Но это все еще, вероятно, лучшее объяснение того, что было десятилетней загадкой для астрономического сообщества, и эффект от этого - не повод для насмешек. Вся деятельность по исследованию экзопланет направлена на поиск пригодного для жизни мира, и новые результаты подтверждают важность определенных астрофизических механик в этом поиске. Эти наклоны не только нарушают климат и погодные условия, но и могут привести к избыточному выделению тепла на планете. Это может стать разницей между потенциально уютными Землями и обжигающими и удушающими Венерами.

Практически все планеты, обнаруженные "Кеплером", совершенно непригодны для жизни", - говорит астроном из Йельского университета Грегори Лафлин, соавтор новой статьи. "Это касается и тех планетных пар, у которых, по нашему мнению, есть хотя бы один член с большой косой. Однако, что нам кажется интересным, так это то, что многие потенциально пригодные для жизни планеты, вращающиеся вокруг звезд с низкой массой, могут быть подвержены механизму косоугольности, который мы исследовали". В частности, к ним относится печально известная семипланетная система TRAPPIST-1, в которой три мира находятся в пригодной для жизни зоне, а пять в целом имеют различную вероятность наличия жидкой поверхностной воды.

Лафлин подчеркивает, что, хотя очевидно, что большая наклонная плоскость будет оказывать ощутимое влияние на климат планеты, вопрос о том, как большая наклонная плоскость будет влиять на обитаемость планеты в целом, остается спорным. Наклон Земли в 23,5 градуса, очевидно, не представляет проблемы в данном случае, но он может быть достаточно резким, чтобы вызвать тревожные эффекты в звездной системе, находящейся на расстоянии десятков световых лет от нас.

Чтобы подтвердить происходящее, необходимо провести множество последующих работ, которые начнутся с наблюдений и определения характеристик наклонов экзопланет. Но без такого исследования, как это, наклоны все еще оставались бы вне поля зрения большинства астрономов. "Мы использовали теорию, которая была применена к несколько непонятным особым случаям в нашей собственной Солнечной системе, и показали, что она может прекрасно работать во внесолнечном контексте", - говорит Лафлин.