Задолго до появления на свет Солнца и Земли около одного из похожих на Солнце светил нашей Галактики родилась планета-гигант. Спустя 13 миллиардов лет после этих событий Космическому телескопу имени Хаббла удалось точно измерить массу этой древнейшей экзопланеты - к тому же еще и самой удаленной от нас из известных сегодня. Удивительна ее история. Планету занесло в крайне недружелюбное и мало гостеприимное место: она обращается вокруг необычной двойной системы, оба компонента которой - сгоревшие звезды, давно завершившие свою активную эволюционную фазу. Вдобавок к этому сама система находится в густонаселенном ядре шарового звездного скопления.
Рис. 1. 5600 световых лет отделяет нас от шарового скопления М4, а значит и от найденной планеты. Галактические координаты скопления L=351° b=+16°. Это где-то над рукавом Стрельца - внутренним по отношению к нашему рукавом Млечного Пути.
Новые данные, полученные "Хабблом", завершают десятилетие бурных дебатов и гипотез относительно истинной природы этого древнейшего мира, который величественно и неторопливо обходит необычную двойную систему по широкой орбите, совершая один оборот за целое столетие. Планета оказалась в 2,5 раза тяжелее Юпитера. Само ее существование служит красноречивым свидетельством того, что рождение первых планет началось во Вселенной очень скоро после ее рождения - уже в первый миллиард лет после Большого Взрыва. Это открытие подталкивает астрономов к выводу о том, что планеты могут оказаться очень распространенным явлением в Космосе.
Сейчас эта планета находится почти
в самом ядре старого шарового скопления М4, которое мы видим на летнем
небе в созвездии Скорпиона, на расстоянии 5600 световых лет от Земли.
Как известно, шаровые скопления очень бедны тяжелыми элементами
по сравнению с Солнечной системой, поскольку они формировались во Вселенной
очень рано - в то время, когда элементы тяжелее гелия еще не успели "свариться"
в "ядерных котлах" звезд. По этой причине некоторые астрономы
даже склонялись к мысли, что в шаровых скоплениях может и вовсе не быть
планет. Вы наверное помните, каким весомым аргументом в пользу этой пессимистической
точки зрения стал уникальный эксперимент, проведенный в 1999 году с помощью
"Хаббла", во время которого астрономы прицельно искали "горячие
Юпитеры" в шаровом скоплении 47 Тукана и не обнаружили их там
ни одного! Нынешнее открытие "Хаббла" свидетельствует о том,
что в 1999 году астрономы, по-видимому, просто искали несколько не в том
месте и что гигантские газовые планеты на более далеких орбитах могут
быть весьма многочисленны даже в шаровых скоплениях.
Говорит Штейнн Сигурдсон
из Университета штата Пенсильвания: "Наш результат становится веским
аргументом в пользу того, что процесс зарождения планет весьма нетребователен
и с успехом обходится даже небольшим количеством тяжелых элементов. Это
значит, что он начался во Вселенной очень рано".
"Возможное обилие планет в шаровых скоплениях в высшей степени обнадеживает", - добавляет Харвей Риче из Университета Британской Колумбии. Говоря о возможном обилии, Харвей, конечно же, опирается на тот факт, что планета была открыта не где-нибудь, а в таком жутком на первый взгляд месте, как орбита вокруг двойной звезды, состоящей из гелиевого белого карлика и... быстровращающейся нейтронной звезды! Причем вся эта связка находится совсем рядом с густонаселенным ядром скопления, где частые тесные сближения с соседними светилами угрожают хрупким планетным системам полным распадом.
История открытия этой планеты началась еще 15 лет назад, в 1988 году, когда в шаровом скоплении М4 был открыт пульсар, получившие обозначение PSR B1620-26. Это был очень быстрый пульсар - нейтронная звезда вращалась почти 100 раз в секунду, излучая строго периодические импульсы в радиодиапазоне. Почти сразу после открытия у пульсара был найден компаньон - белый карлик, проявивший себя периодическим нарушением точности "тикания" пульсара. Он успевал обернуться вокруг нейтронной звезды всего за полгода (точнее за 191 сутки). Спустя некоторое время астрономы заметили, что даже с учетом влияния белого карлика с точностью хода у пульсара какие-то нелады. Так было обнаружено существование третьего компаньона, который обращается на некотором удалении от этой необычной пары. Им могла быть планета, но не исключался и вариант коричневого карлика, или даже маломассивной звезды (все зависело от угла наклона орбиты третьего компаньона к лучу зрения, который был неизвестен). Это и вызвало жаркие споры о природе загадочного третьего компаньона в системе пульсара PSR B1620-26, которые не утихали на протяжении 90-х годов прошлого века.
Рис. 2. На этом небольшом фрагменте околоядерной области шарового скопления М4 кружком отмечено положение невидимого в оптическом диапазоне пульсара PSR B1620-26, известное из радионаблюдений. Лишь две звезды попали в это поле: лежащая на его границе красноватая звездочка главной последовательности с массой около 0,45 Мс и определенно голубая звезда с блеском около 24 m , которая и оказалась белым карликом - компаньоном пульсара.
Сигурдсон, Риче и другие соавторы открытия смогли наконец разрешить этот спор, выполнив измерения истинной массы планеты весьма изобретательным способом. Они взяли лучшие снимки Хаббла середины 90-х годов, полученные в целях изучения белых карликов в М4. На них они смогли найти тот самый белый карлик, что вращается вокруг пульсара PSR B1620-26, и оценить его цвет и температуру. Используя эволюционные модели, рассчитанные Брэдом Хансеном из Калифорнийского университета, они оценили массу белого карлика (0,34±0,04 Мс ). Сравнив ее с наблюдаемыми биениями в периодических сигналах пульсара, они вычислили наклон орбиты белого карлика к лучу зрения. Вместе с точными данными из радиодиапазона о гравитационных возмущениях в движении белого карлика и нейтронной звезды по внутренней орбите, это позволило ограничить диапазон возможных значений угла наклона внешней орбиты третьего компаньона и тем самым установить его истинную массу. Всего 2,5±1 Мю ! Объект оказался слишком миниатюрным, чтобы быть не только звездой, но даже коричневым карликом. Значит, планета!
За ее плечами 13 млрд. лет. Это, согласитесь, почтенный возраст. В юности она, должно быть, вращалась вокруг своего молодого желтого солнца по орбите, подобной юпитерианской. Она пережила эпоху обжигающей ультрафиолетовой радиации, вспышек сверхновых и вызываемых ими ударных волн, которые неистово прокатывались по молодому шаровому скоплению огненным смерчем в дни его становления - в период бурного звездообразования. Около того времени, когда на Земле появились первые многоклеточные организмы, планета и ее родительская звезда вплыли в самую гущу околоядерной области М4. По-видимому, где-то здесь они подошли очень близко к старому-старому пульсару, который остался после вспышки какой-нибудь сверхновой еще с ранних дней жизни скопления и у которого тоже был свой компаньон. Во время сближения произошел гравитационный маневр (обмен механической энергией), в результате которого пульсар навсегда потерял свою пару, зато захватил на свою орбиту нашу звезду вместе с ее планетой. Так и родилась эта необычная троица, получившая в новой конфигурации ощутимый импульс отдачи, который устремил ее в менее населенные внешние части скопления. Вскоре, по мере старения, материнское светило планеты раздулось в красного гиганта и, заполнив свою полость Роша , стало сбрасывать материю на пульсар. Вместе с ней пульсару передавался вращательный момент, который снова раскрутил успокоившуюся было нейтронную звезду до очень высокой скорости, превратив ее в так называемый миллисекундный пульсар. А планета тем временем продолжала свой неспешный бег по орбите на расстоянии около 23 астрономических единиц от этой сцепившейся пары (приблизительно орбита Урана).
Какая она? Скорее всего, это газовый гигант без твердой поверхности, как у Земли. Появившись на свет очень рано в истории Вселенной, он по-видимому почти лишен таких элементов, как углерод и кислород. По этой причине очень маловероятно, чтобы на нем когда-нибудь была (или есть сейчас) жизнь. Даже если жизнь возникла, к примеру, где-нибудь на одной из его твердых лун, она бы едва ли пережила мощнейшие вспышки рентгена, сопровождавшие эпоху раскручивания пульсара, когда потоки нагревающегося газа перетекали от красного гиганта к нейтронной звезде. Как это ни печально, но трудно представить, чтобы какая-нибудь цивилизация стала свидетелем и соучастником длинной и драматической истории этой планеты, которая началась почти тогда же, когда и само время.
перевод:
А.И.Дьяченко, обозреватель журнала "Звездочет"
1). Термин экзопланета появился в астрономии совсем недавно, в конце XX века. Им называют планеты, открытые около других звезд вне Солнечной системы. (
Наша Вселенная полна удивительных и необъяснимых вещей. К примеру, на сегодняшний день учеными обнаружены гиперскоростные звезды, которые не падают и не являются метеоритами, гигантские облака из пыли с ароматом малины или пахнущие ромом. Также астрономами обнаружено множество интересных планет за пределами нашей Солнечной системы.
Осирис (Osiris) или HD 209458 b - экзопланета у звезды HD 209458 в созвездии Пегаса, находящаяся на расстоянии более 150 световых лет от Земли. HD 209458 b является одной из самых изученных экзопланет за пределами Солнечной системы. Радиус Осириса близок к 100 000 километрам (в 1,4 раза больше радиуса Юпитера), в то время как масса составляет всего лишь 0,7 массы Юпитера (примерно 1,3·1024 тонн). Расстояние планеты до материнской звезды очень мало — всего шесть миллионов километров, так что период ее обращения вокруг своего светила близок к 3 суткам.
Учёные открыли шторм на планете. Предполагается, что там дует ветер из угарного газа (СО). Скорость ветра составляет примерно 2 км/с, или 7 тыс. км/ч (с возможными вариациями от 5 до 10 тыс. км/ч). Это означает, что звезда довольно сильно подогревает экзопланету, расположенную от неё на расстоянии всего 1/8 расстояния между Меркурием и Солнцем, и температура её обращенной к светилу поверхности доходит до 1000°C. Другая сторона, никогда не поворачивающаяся к звезде, значительно холоднее. Большая разница температур и вызывает сильные ветра.
Астрономам удалось установить, что Осирис представляет собой планету-комету, то есть от неё постоянно идёт сильный поток газов, которые сдувает с планеты излучение звезды. Прогнозируют, что при текущей скорости испарения она полностью будет уничтожена через триллион лет. Изучение шлейфа показало, что планета испаряется целиком — её покидают как лёгкие, так и тяжёлые элементы.
Научное название планеты каменных дождей — COROT-7 b (ранее она называлась COROT-Exo-7 b). Эта загадочная планета расположена в созвездии Единорога на расстоянии около 489 световых лет от Земли и является первой каменной планетой, обнаруженной за пределами Солнечной системы. Ученые предполагают, что COROT-7 b может быть скалистым остатком газового гиганта размером с Сатурн, который был «выпарен» звездой до ядра.
Ученые установили, что на освещённой стороне планеты находится обширный лавовый океан, который образуется при температуре около +2500-2600°C. Это выше температуры плавления большинства известных минералов. Атмосфера планеты состоит главным образом из испарившейся породы, и выпадает на тёмную и освещённую сторону каменными осадками. Планета, вероятно, повёрнута к звезде постоянно одной стороной.
Условия на освещённой и неосвещённой стороне планеты очень сильно отличаются. В то время как освещённая сторона представляет собой бурлящий океан, находящийся в непрерывной конвекции, неосвещённая сторона, вероятно, покрыта огромным слоем обычного водяного льда.
Планета Мафусаил (Methuselah) — PSR 1620-26 b, расположенная в созвездии Скорпиона на расстоянии 12 400 световых лет от Земли, является одной из самых древних из ныне известных экзопланет. По некоторым оценкам, её возраст составляет около 12,7 миллиардов лет. Планета Мафусаил имеет массу в 2,5 раза больше, чем у Юпитера и вращается вокруг необычной двойной системы, оба компонента которой — сгоревшие звезды, давно завершившие свою активную эволюционную фазу: пульсар (B1620−26 A) и белый карлик (PSR B1620−26 B). Вдобавок к этому, сама система находится в густонаселенном ядре шарового звездного скопления М4.
Пульсар — нейтронная звезда делает вокруг своей оси 100 оборотов в секунду, излучая строго периодические импульсы в радиодиапазоне. Масса его компаньона — белого карлика, проявившего себя периодическим нарушением точности «тикания» пульсара, в 3 раза меньше Солнца. Звёзды обращаются вокруг общего центра масс на расстоянии 1 астрономической единицы друг от друга. Полный оборот происходит каждые 6 месяцев.
Скорее всего, планета Мафусаил — это газовый гигант без твердой поверхности, как у Земли. Полный оборот вокруг двойной звезды экзопланета совершает за 100 лет, находясь от нее на расстоянии около 3,4 миллиарда километров, что немного больше расстояния между Ураном и Солнцем. Появившись на свет очень рано в истории Вселенной, PSR 1620-26 b, по-видимому, почти лишена таких элементов, как углерод и кислород. По этой причине очень маловероятно, чтобы на ней когда-нибудь была или есть сейчас жизнь.
Глизе 581c (Gliese 581c) — экзопланета в планетной системе звезды Глизе 581 на расстоянии около 20 световых лет от нашей планеты. Глизе 581 с является самой маленькой планетой из когда-либо обнаруженных за пределами нашей системы, но на 50 процентов больше и в 5 раз массивней Земли. Период вращения планеты вокруг звезды, находящейся на расстоянии около 11 миллионов километров, составляет 13 земных дней. В результате, несмотря на то, что звезда Глизе 581 почти в три раза меньше нашего Солнца, на небе планеты её родное солнце выглядит в 20 раз больше нашего светила.
Хотя по параметрам орбиты экзопланета и находится в «обитаемой» зоне, условия на ней больше сходны не с земными, как считалось до сих пор, а с условиями на Венере. Подставив в компьютерную модель развития этой планеты её известные параметры, специалисты пришли к выводу, что Глизе 581c при своей массе обладает мощной атмосферой с высоким содержанием метана и углекислого газа, а температура на поверхности достигает +100°C вследствие парникового эффекта. Так что жидкой воды там, по всей видимости, нет.
Из-за близости к звезде Глизе 581 c испытывает воздействие приливных сил и может располагаться к ней всегда одной стороной либо вращаться в резонансе, как, например, Меркурий. Из-за того, что планета находится в самом низу видимого нами светового спектра, небо планеты адского красного цвета.
TrES-2b - самая чёрная планета из всех известных по состоянию на 2011 год. Она оказалась чернее угля, а также любой планеты или спутника в нашей Солнечной системе. Измерения показали, что TrES-2b отражает меньше одного процента падающего извне солнечного света, то есть меньше, чем даже чёрная акриловая краска или сажа. Исследователи объясняют, что этот газовый гигант лишён ярких отражающих облаков (какие есть на Юпитере и Сатурне) из-за очень высокой температуры поверхности - более 980°C. Она неудивительна, учитывая, что планету и её звезду разделяет всего 4,8 миллиона километров.
Эта планета находится на расстоянии около 760 световых лет от Солнечной системы. Она практически такого же размера, как Юпитер и вращается вокруг звезды, похожей на Солнце. TrES-2b приливно заблокирована, так что одна сторона планеты всегда обращена к звезде.
Учёные предполагают, что атмосфера TrES-2b, вероятно, содержит поглощающие свет вещества, скажем, пары натрия и калия, или газообразный оксид титана. Но даже они не могут полностью объяснить сильную черноту странного мира. Тем не менее, планета не совсем черна, как смоль. Она настолько жаркая, что сама производит слабый красный свет подобно тлеющему угольку.
HD 106906 b — этот газовый гигант, который в 11 раз больше Юпитера, находится в созвездии Южного Креста на расстоянии около 300 световых лет от Земли и появился приблизительно 13 миллионов лет назад. Планета вращается вокруг своей звезды на расстоянии 97 миллиардов километров, что в 22 раза больше пространства между Солнцем и Нептуном. Это настолько большое расстояние, что свет от материнской звезды к HD 106906 b доходит лишь через 89 часов, в то время как Земля получает солнечный свет через 8 минут.
HD 106906 b — одна из самых одиноких известных планет во Вселенной. Кроме того, согласно современным моделям образования космических тел, планета не может сформироваться на таком удалении от своей звезды, поэтому ученые предполагают, что эта одинокая планета — неудавшаяся звезда.
HAT-P-1 b — экстрасолнечная планета на орбите жёлтого карлика ADS 16402 B, находится на расстоянии 450 световых лет от Земли в созвездии Ящерицы. Она имеет самый большой радиус и наименьшую плотность среди известных экзопланет.
HAT-P-1 b относится к классу горячих юпитеров и имеет период обращения 4,465 дней. Её масса составляет 60% от массы Юпитера, а плотность всего 290 ± 30 кг/м³, что более, чем в три раза меньше плотности воды. Можно с уверенностью утверждать, что HAT-P-1 — самая легкая планета. Скорее всего, эта экзопланета является газовым гигантом, состоящим в основном из водорода и гелия.
Планета с невероятно огромной системой планетных колец
1SWASP J140747.93-394542.6 b или сокращенно J1407 b — планета, удерживающая близ себя примерно 37 колец, каждое из которых в диаметре составляет десятки миллионов километров. Она вращается вокруг молодой звезды солнечного типа J1407, периодически закрывая своим «сарафаном» свет светила на длительный срок.
Ученые не определились, является ли эта планета газовым гигантом или коричневым карликом, но она точно — единственная в системе своей звезды и расположена на расстоянии 400 световых лет от Земли. Система колец этой планеты является первой среди открытых за пределами Солнечной системы и самой большой среди известных на данный момент. Ее кольца гораздо больше и тяжелее, чем у Сатурна.
Согласно измерениям, радиус этих колец составляет 90 миллионов километров, а общая масса — в сотню раз больше массы Луны. Для сравнения: радиус колец Сатурна составляет 80 тысяч километров, а масса, по разным оценкам, составляет от 1/2000 до 1/650 массы Луны. Если бы подобными кольцами обладал Сатурн, то мы бы видели их ночью с Земли невооружённым глазом и это явление было бы гораздо ярче полнолуния.
Кроме того, между кольцами существует различимая щель, в которой, по мнению ученых, был сформирован спутник, период вращения которого вокруг J1407b составляет около двух лет.
Глизе 436 b (Gliese 436 b) — экзоланета, находящаяся на расстоянии 33 световых года от Земли и расположенная в созвездии Льва. Она по размерам сопоставима с Нептуном — в 4 раза больше Земли и в 22 раза тяжелее. Планета обращается вокруг материнской звезды за 2,64 дня.
Удивительной особенностью Gliese 436 b является то, что она в основном состоит из воды, которая находится в твердом состоянии при высоком давлении и температуре поверхности 300°С - «горящий лед». Это связано с огромной гравитационной силой планеты, которая не только не дает молекулам воды испариться, но и сдавливает их, превращая в лед.
Глизе 436 b имеет атмосферу, состоящую преимущественно из гелия. Наблюдения за Глизе 436 b с помощью космического телескопа Хаббл в ультрафиолетовом диапазоне позволили заметить огромный хвост из водорода, тянущийся за планетой. Длина хвоста достигает 50 диаметров родительской звезды Глизе 436.
55 Рака e (55 Cancri e) — это планета, расположенная в созвездии Рака на расстоянии около 40 световых лет от Земли. По своему размеру 55 Рака e в 2 раза превышает Землю, а по массе — в 8 раз. Поскольку она находится в 64 раза ближе к своей звезде, чем Земля к Солнцу, год на ней длится всего 18 часов, а поверхность нагревается до 2000°K.
В составе экзопланеты преобладает углерод, а также его модификации — графит и алмаз. В связи с этим, ученые предполагают, что 1/3 планеты состоит из алмазов. По предварительным расчетам, их совокупный объём размерами превышает Землю, а стоимость недр 55 Cancri e может составлять 26,9 нониллионов (30 нолей) долларов. К примеру, ВВП всех стран на Земле — 74 трлн. (12 нолей) долларов.
Да, многие открытия звучат не более реалистично, чем фантастика и переворачивают с ног на голову все научные представления. И можно уверенно утверждать, что самые необычные планеты еще ждут, когда их откроют и не раз удивят нас.
Использованы материалы сайта:
МАФУСАИЛМафусаил - древнейшая планета из известных на данный момент. Она образовалась в шаровом скоплении М4 около 12 миллиардов лет назад. У этой планеты бурная и необычная история . Сейчас она вращается на расстоянии 23 а.е. вокруг пары белый карлик - миллисекундный пульсар, делая один оборот примерно за 100 лет.
Как может выглядеть Мафусаил?
Его масса, определенная по влиянию на пульсар, составляет 2,5 ± 1 масс Юпитера, иначе говоря, это газовый гигант. По всей видимости, его радиус близок к радиусу Юпитера, являющегося естественным пределом для массивных газовых планет (коричневые карлики имеют примерно тот же радиус, радиус самой маломассивной звезды главной последовательности, известной на данный момент, всего на 16% больше радиуса Юпитера). Химический состав звезд, образующих скопление М4, отличается от солнечного. Это очень древние звезды, и тяжелых элементов в них примерно в 20 раз меньше, чем на Солнце. По всей видимости, химический состав Мафусаила тоже резко обеднен тяжелыми элементами, т.е. он состоит почти целиком из водорода и гелия.
Итак, Мафусаил вращается вокруг белого карлика и миллисекундного пульсара. Видимая (с Земли) звездная величина белого карлика +24, что при расстоянии 3800 пк до скопления дает абсолютную звездную величину этой звезды +11,1. Его светимость в 331 раз меньше светимости Солнца.
На расстоянии 23 а.е. его видимая звездная величина будет составлять
M = msol + 2,5 lg 331 + 2,5 lg (23*23) = -26,3 + 6,3 + 6,8 = -13,2!
Белый карлик в небе Мафусаила будет светить всего лишь чуть ярче полной Луны и выглядеть яркой голубовато-белой звездой. Если бы не пульсар, Мафусаил был бы погружен в вечную ночь.Миллисекундный пульсар - очень старая нейтронная звезда, повторно сильно раскрученная падением вещества звезды-компаньона (белый карлик - остаток этой звезды). Аккреция закончилась примерно 480 млн. лет назад, и теперь светимость пульсара сравнительно невелика. Невелика для пульсаров, но по сравнению со светимостью белого карлика она огромна!
Согласно http://vizier.u-strasbg.fr/viz-bin/VizieR-S?PSR%20B1620-26
период этого пульсара 0,011 сек,
замедление периода 79 * 10 сек за сек,
потери энергии 2,3 * 10 эрг/сек или 5,75 светимостей Солнца.
При этом на глубоких снимках М4, где и был обнаружен белый карлик - орбитальный партнер пульсара - самого пульсара нет. Значит, оптическое излучение пульсара как минимум в несколько раз слабее оптического излучения белого карлика. В основном пульсар теряет энергию, излучая пульсарный ветер - мощные потоки заряженных частиц, в основном электронов и позитронов, образующихся в его магнитосфере и ускоренных в ней до релятивистских энергий. В потоках пульсарного ветра генерируются всплески радиоизлучения, регистрируемые на Земле. Там же возникает жесткое ультрафиолетовое и рентгеновское нетепловое излучение пульсара.
Согласно http://arxiv.org/PS_cache/astro-ph/pdf/0109/0109452.pdf
миллисекундные пульсары, тормозящиеся с такой скоростью, имеют рентгеновскую светимость порядка 10 эрг/сек, или десятки процентов от светимости Солнца, только в диапазоне 2-10 кэв (рентгеновский диапазон) Это излучение возникает как на поверхности самого пульсара, так и в его магнитосфере.В предположении изотропного излучения миллисекундного пульсара "пульсарная постоянная" на расстоянии 23 а.е. от него составит 15,2 Вт/кв.м. Однако очевидно, что условие изотропности излучения в данной системе не выполняется. Основная доля энергии излучается в плоскости, обегаемой лучом пульсара. Плоскость орбиты Мафусаила наклонена под углом 55 градусов к лучу зрения и с данной плоскостью не совпадает. Значит, большую часть времени Мафусаил будет облучаться белым карликом и некой "постоянной" (и очень небольшой) долей излучения пульсара, а дважды в течение орбитального периода, там, где плоскость его орбиты пересекает плоскость излучения пульсара, попадать под яростный пульсарный луч.
Сначала посчитаем суммарный энергетический баланс планеты за орбитальный период. В этом случае можно воспользоваться средним значением "пульсарной постоянной" в 15,2 Вт/кв.м. По-видимому, альбедо планеты в области дальнего ультрафиолета и рентгена близко к нулю (соответствующие кванты не отражаются, а поглощаются атомами в процессе их ионизации). В этом случае средняя температура планеты за период будет равна 128К или -145С (здесь не учитываются внутренние источники тепла, которые, возможно, за 12 миллиардов лет уже иссякли). Если какая-то часть энергии не поглощается, а рассеивается, то средняя температура будет чуть ниже, в районе 100-110К. Вместе с тем слишком низкой она тоже быть не может! Мафусаил находится в шаровом скоплении, и суммарное излучение звезд скопления нагреет его атмосферу до 55-60К.
Согласно http://vizier.u-strasbg.fr/viz-bin/VizieR-S?PSR%20B1620-26
температура фона неба за пульсаром составляет 55,5К, это явно следствие излучения звезд М4.
Итак, большую часть своего года Мафусаил нагревается излучением белого карлика, суммарным излучением звезд М4 и имеет температуру 60-80К. При таких температурах планета будет окутана легкими облаками из замерзшего метана, которые (в сочетании с релеевским рассеянием света белого карлика в прозрачной атмосфере) придадут ей глубокий темно-голубой цвет. Глубокая синева и легкие облака сделают ее похожей на планету Нептун .Однако дважды за орбитальный период, иначе говоря, каждые 50 лет, Мафусаил на несколько месяцев попадает под яростный пульсарный луч. На верхнюю атмосферу планеты обрушивается пульсирующий поток релятивистских электронов и позитронов вместе с жестким (рентгеновским) излучением пульсара. Коротковолновое излучение ионизирует атомы водорода и гелия верхней атмосферы, образуя плотную горячую ионосферу планеты. Метановые облака испаряются и рассеиваются. Температура атмосферы повышается в несколько раз.
При рекомбинации атомы излучают в линиях, в том числе и в оптической области спектра. Водород излучает в линиях Бальмеровской серии, самой мощной из которых будет линия Нальфа (656 нм) в красной части спектра. У гелия довольно много линий в оптической части спектра, но самые интенсивные из них это:
389 нм (фиолетовая) - относительная интенсивность 5,
447 нм (синяя) - относительная интенсивность 2,
502 нм (зеленая) - относительная интенсивность 1,
588 нм (желтая) - относительная интенсивность 5,
668 нм (оранжевая) - относительная интенсивность 1,
707 нм (красная) - относительная интенсивность 2.
Судя по всему, суммарное излучение в линиях гелия вызвало бы у человека ощущение белого цвета или близкое к нему. Так что вклад гелия в окрашивание неба Мафусаила невелик и цвет неба будет определяться бальмеровской (альфа) линией водорода. Верхняя атмосфера Мафусаила будет люменисцировать, как экран телевизора, окрашивая небо в призрачный розовый цвет.Есть ли у Мафусаила магнитное поле? Я думаю, да. Его недра состоят из жидкого металлического водорода, подобно недрам Юпитера. Жидкий металлический водород - прекрасный проводник. Если планета за 12 миллиардов лет сохранила свое быстрое вращение (а почему бы и нет?), Мафусаил будет окружать мощная магнитосфера. Под влиянием магнитосферы потоки релятивистских электронов и позитронов будут вторгаться в атмосферу планеты лишь в зоне магнитных полюсов, окрашивая небо огненно-ярким полярным сиянием и прогревая ее именно в этих зонах - до сотен (а может, и до тысячи) кельвинов. При взгляде из космоса планета будет окутана розоватой дымкой пылающей ионосферы с яркими кольцами вокруг магнитных полюсов.
Ночное небо Мафусаила.
М4 - ближайшее к Солнцу шаровое скопление. Расстояние до него составляет 3800 пк, его угловой диаметр около 22`, оно включает в себя несколько сотен тысяч звезд (для определенности будем считать, что их там 300000 штук). На расстоянии 3800 пк угловой диаметр 22` соответствуют 5016000 а.е. или 24,3 пк. Это дает среднюю звездную плотность в скоплении 40,4 звезды на кубический парсек. В центре скопления (где сейчас и находится Мафусаил) звездная плотность в десятки раз выше. Пусть она составляет 1000 звезд на кубический парсек. Тогда среднее расстояние между звездами составит 0,1 пк или 20 тыс. а.е. В сияющем ночном небе Мафусаила будет множество звезд, ярчайшие из которых будут достигать -6, -7 звездной величины (в несколько раз ярче Венеры!) Получается, что ночное небо Мафусаила не так уж сильно отличается от его дневного неба. Конечно, белый карлик - крохотное местное солнышко - будет заметно ярче других звезд (видимая звездная величина -13,2), но разница между ним и ярчайшими ночными звездами будет совсем не так велика, как между Луной и Солнцем или между Луной и Венерой в небе Земли. Учитывая, что ярких и неярких звезд в небе Мафусаила очень много, а белый карлик один, освещенность на дневной и ночной стороне планеты будет различаться всего в несколько раз.Есть ли у Мафусаила спутники? Я думаю, нет, во всяком случае, крупных. Сформированная из вещества, бедного тяжелыми элементами, планета могла иметь ледяные спутники на заре своего существования. Но многочисленные вспышки сверхновых в М4 и мощное излучение аккрецирующего пульсара давно испарили все льды. Могло остаться несколько каменных спутников размером в одну-две сотни километров, но, скорее всего, нет и их.
Её уже успели окрестить «Мафусаилом» — в честь библейского патриарха, прожившего 969 лет. Это невероятный для человека возраст, но ведь и 13 миллиардов лет — тоже казались невозможным для планеты возрастом. Однако же, благодаря Hubble, такую планету обнаружили.
Первый вопрос, который возникает, когда читаешь фразу «13 миллиардов лет», — не ошибка ли это? Возникает он потому, что появление какой-либо планеты менее, чем через миллиард лет после Большого Взрыва, кажется совершенно невероятным. По крайней мере, с точки зрения превалирующей теории на историю и эволюцию Вселенной.
Ибо теория эта гласит: никаких тяжёлых элементов в первом поколении звёзд не было — один водород и немного гелия. Затем, по мере того, как такие звёзды расходовали своё газовое «топливо», они взрывались, и их останки, разлетаясь во всех направлениях, попадали на поверхность соседних звёзд (которые, в самом начале Вселенной, естественно, находились гораздо ближе друг к другу, нежели сейчас). В результате реакций термоядерного синтеза образовывались новые элементы. Более тяжёлые.
Возраст Солнечной системы с её планетами, включая Землю, оценивается учёными приблизительно в 4,5 миллиардов лет. Большая часть известных экзопланет (то есть, планет, обнаруженных возле других звёзд), имеют приблизительно тот же возраст.
Это дало учёным повод говорить, что это — временной порог образования планет. Планет, содержащих тяжёлые элементы.
Тогда как может быть, чтобы планета возникла 13 миллиардов лет назад, если, по последним данным , самой Вселенной 13,7+/-0,2 миллиарда лет?
Изображение планеты, выполненное художниками NASA.
Однако же, если вдуматься, теоретически возможности появления такой планеты ничто не противоречит. NASA установило, что первые звёзды стали появляться во Вселенной уже через 200 миллионов лет после Большого Взрыва.
Поскольку в то время звёзды находились друг к другу значительно ближе, чем сейчас, по вполне понятным причинам, образование тяжёлых элементов могло происходить довольно-таки оживлёнными темпами.
Кроме того, надо иметь в виду, где именно располагается данная планета. Речь идёт о шаровом скоплении M4, состоящем преимущественно из древнейших, относящихся к первому поколению звёзд. Это скопление отстоит от Солнечной системы на расстояние 5600 световых лет, и для земного наблюдателя находится в созвездии Скорпиона.
Впрочем, о таких скоплениях известно, что тяжёлых элементов там очень мало. Именно в силу того, что составляющие его звёзды слишком древни.
Как раз поэтому, кстати, большинство астрономов не верили, что в шаровых скоплениях могут существовать планеты.
В 1988 году в M4 был обнаружен вращающийся со скоростью 100 оборотов в секунду пульсар PSR B1620-26. Вскоре возле него обнаружился белый карлик, и стало очевидно, что система двойная: пульсар и карлик вращались друг вокруг друга с периодом раз в земной год. Как раз по гравитационному воздействию на пульсар белый карлик и был вычислен.
Однако потом обнаружилось, что на пульсар воздействует ещё один космический объект. Кто-то выдвинул идею о планете. На него замахали руками, поскольку речь шла о шарообразном скоплении. Но споры продолжались: на протяжении всех 1990-х годов астрономы пытались понять, что это такое. Гипотез было три: планета, бурый карлик (то есть, практически полностью выгоревшая звезда) или некая совсем уж крошечная «обычная» звезда с очень незначительной массой.
Проблема была в том, что и масса белого карлика тогда установить не удавалось.
На помощь пришёл Hubble. Данные, полученные этим телескопом позволили в итоге вычислить точную массу и температуру белого карлика (а также его цвет). Выяснив массу карлика и сопоставив его с изменениями в радиосигналах, поступающих от пульсара, астрономы вычислили наклон его орбиты по отношению к Земле.
А выяснив наклон орбиты белого карлика, учёные смогли определить и наклон орбиты предполагаемой планеты и вычислить её точную массу.
Двух с половиной масс Юпитера — это слишком мало и для звезды, и даже для бурого карлика. Соответственно, планета — единственный оставшийся вариант.
Учёные предполагают, что это газовый гигант, в котором тяжёлые элементы присутствуют в очень незначительных количествах — по указанным выше причинам.
Фотография шарового скопления М4 (Messier 4).
Образовался Мафусаил возле молодой звезды, сходной по своим свойствам с молодым, опять-таки, Солнцем.
Каким-то образом эта планета пережила всё, что можно было пережить — и бешеное ультрафиолетовое излучение, и радиацию от ближайших сверхновых, и ударные волны от их взрывов, — всё то, что сопровождало процессы гибели старых и образования новых звёзд в том, что впоследствии будет названо шаровым скоплением М4.
Планета и её звезда в один прекрасный миг приблизились к пульсару и оказались у него в ловушке. Возможно, у пульсара был до того свой спутник, который оказался выбит во внешнее пространство.
Звезда, вокруг которой вращается Мафусаил, со временем раздулась, превратившись в красного гиганта, а затем сжалась до состояния белого карлика, походя ускорив вращение пульсара.
Мафусаил же продолжал мерно вращаться вокруг обеих звёзд на расстоянии, приблизительно равном расстоянию от Солнца до Урана.
Факт существования такой планеты говорит уж хотя бы о том, что во Вселенной планет может быть гораздо больше, чем предполагалось раньше. С другой стороны, Мафусаил предположительно является газовым гигантом. Более плотной и более похожей на Землю планеты в М4 просто бы не получилось... С другой стороны, теория утверждала, что в звёздных скоплениях, где тяжёлых элементов мало, — планет не может быть вообще.
Похоже, что единственное, чего во Вселенной не может быть — так это чего-то невозможного.
