Газовая “Земля”

Эта планета имеет практически ту же массу, что и Земля, – сказал Дэвид Кипgинг (David Kipping). – Однако на Землю она совершенно непохожа, что говорит о том, что строгой границы между небольшими твердыми планетами, подобными нашей, и «рыхлыми», подобными газовым гигантам, не существует».

Речь идет об экзопланете KOI-314C, расположенной в системе красного карлика KOI-314 примерно в 200 световых годах от Земли. Вращаясь вокруг звезды, она совершает полный оборот всего за 23 наших дня: планета расположена к ней так близко, что, несмотря на слабость излучения мелкой и тусклой звезды, она изрядно раскалена. Температура здесь превышает 100 °С.

Красные карлики – маленькие и холодные звезды, заметно отличающиеся от своих «обычных» сестер. Размеры и масса их в несколько раз меньше, чем у Солнца – фактически, они находятся на нижней границе того, что мы называем звездой, дальше идут уже коричневые карлики. Несмотря на свое название, свет красных карликов скорее буро-желтый, а температура может лишь немногим превышать 3000 °С – как у нити лампы накаливания. Зато такой медленный расход сил и водородного топлива делает красные карлики исключительными долгожителями. По некоторым оценкам, продолжительность их существования может превышать обозримый возраст Вселенной: красный карлик массой в 10% от солнечной способен спокойно «тлеть» несколько триллионов лет. Постепенно он сожмется, превратившись в белый карлик, но это лишь теория: пока ни одного такого примера астрономами не найдено. Для белых карликов Вселенная еще слишком молода.

KOI-314C стала самой небольшой из экзопланет, для которой астрономам удалось установить и массу, и размеры. И если масса
ее почти равна земной, то диаметр оказался больше на целых 60%. По оценке Дэвида Киппинга и его коллег, плотность KOI-314C всего на 30% выше плотности воды. Судя по всему, планета эта действительно «рыхлая» и окружена необычно плотной и толстой атмосферой. Состоящая в основном из водорода и гелия, она может простираться на сотни километров в глубину.

Ученые предполагают, что изначально KOI-314C была близка к знакомому нам ледяному гиганту Нептуну с его толстой, чрезвычайно бурной атмосферой и небольшим ядром, сложенным из льда и твердых пород. Однако из-за близости звезды со временем потеряла значительную часть атмосферных газов.

«Взвесить» такую небольшую планету – задача не из легких. Как правило, массу далеких экзопланет устанавливают по мельчайшим колебаниям в положении звезды, которые вызывает притяжение планеты, движущейся по орбите вокруг нее. Однако для столь небольших тел сделать это почти невозможно. Предыдущий рекордсмен Kepler-78b – самая малая планета, масса которой была установлена этим методом – весит на 70% больше Земли.

С KOI-314C ученым повезло: она – не единственная планета, которая вращается вокруг своего красного карлика. Это позволяет оценить ее массу по методу вариаций транзитного времени (Transit Timing Variations, TTV), при котором фиксируются небольшие отклонения во времени прохождения планеты между звездой и нами, отклонения, которые вызываются гравитационным влиянием другой планеты.

«Вместо того, чтобы следить за дрожанием звезды, мы следили за дрожанием планеты, – сказал один из авторов работы Дэвид Несворны (David Nesvorny). – Kepler раз за разом наблюдал две планеты, проходящие на фоне KOI-314C. Точно измеряя время этих транзитов, мы смогли зафиксировать их изысканный гравитационный танец, пируэты которого позволили установить массы
обеих планет».

Вторая планета, KOI-314B, имеет примерно те же размеры, однако плотность ее заметно выше, так что весит она аж вчетверо больше Земли. Полный круг вокруг звезды она совершает за 13 дней, двигаясь в орбитальном резонансе с KOI-314C: периоды их обращения соотносятся как 5:3.

Стоит сказать, что TTV – метод еще весьма молодой, и для исследования экзопланет его впервые применили лишь в 2010 году. Вообще же он подходит и для более сложной задачи – для поиска экзолун, крупных естественных спутников экзопланет. Именно в рамках такой работы по проекту «Поиск экзолун с помощью Kepler» (The Hunt for Exomoons with Kepler, НЕК), которым руководит Киппинг, ученые почти случайно и нашли нового «рыхлого» двойника Земли.