Содержание
Из чего состоят планеты, или где «заканчивается Земля»
12.6K
Like
Love
Haha
Wow
Sad
Angry
1
По мнению исследователей, на обширном пространстве нашей Галактики можно без особого труда определить планеты земного типа.
Есть ли во Вселенной вторая Земля? Наши знания о планетных системах постоянно растут, поскольку новые технологии совершенствуют возможности наблюдений. На сегодняшний день за пределами Солнечной системы уже обнаружено около четырех тысяч планет. Их массы и радиусы можно использовать для определения средней плотности, но не точного химического состава и структуры. Таким образом, интригующий вопрос о том, как выглядят экзопланеты, остается открытым.
«Теоретически мы можем предположить различные композиции, такие как мир, состоящий только из воды, или полностью каменные экзопланеты, к примеру, обладающие атмосферой из водорода и гелия, и подсчитать, какие радиусы могут быть у таких планет», – объясняет Майкл Лозовский, докторант из группы профессора Равита Хеллинга в Институте вычислительной науки при Цюрихском университете (Швейцария).
Ограничение состава планет
Ученые использовали базы данных и статистические инструменты, чтобы охарактеризовать экзопланеты и их атмосферы. Планетные системы довольно распространены, однако непосредственно измеренные данные ранее не позволяли исследователям определять их точную структуру, поскольку разные составы могут приводить к одинаковой массе и радиусу. Чтобы повысить точность данных, научная группа также исследовала предполагаемую внутреннюю структуру, температуру и отражательную способность у 83 из известных планет, для которых массы и радиусы хорошо определены.
Экзопланета 55 Cancri e в сравнении с Землей. Credit: NASA
«Мы применили статистический анализ для определения пределов возможных композиций. Используя базу данных обнаруженных экзопланет, мы установили, что у каждой теоретической планетарной структуры имеется «пороговый радиус», за пределами которого не может быть планет определенного состава», – объясняет Майкл Лозовский.
Важным фактором при определении порогового радиуса является количество элементов в газообразном слое, которые тяжелее гелия, процентное соотношение водорода и гелия, а также распределение элементов в атмосфере.
Суперземли и мининептуны
Исследователи из Института вычислительной науки обнаружили, что планеты с радиусом менее 1,4 радиуса Земли могут быть земного типа, а экзомиры с радиусом выше этого порога содержат более высокую долю силикатов или других легких материалов. Большинство планет с радиусом выше 1,6 радиуса Земли должны иметь слой газообразного водорода или воды в дополнение к их скалистому ядру, в то время как экзопланеты в 2,6 раза превышающие Землю по размеру не должны быть водными мирами и поэтому могут быть окружены плотной атмосферой. Ожидается, что планеты с радиусом более 4 радиусов Земли будут газообразными и как минимум на 10 процентов состоять из водорода и гелия, подобно Урану и Нептуну.
Экзопланеты в сравнении с Землей, Меркурием и Нептуном.
Credit: University of British Columbia
Результаты исследования дают новое представление о развитии и разнообразии экзопланет. Особенно интересный порог касается разницы между крупными землеподобными планетами, которые иначе называются суперземлями, и небольшими газовыми планетами, также называемыми мининептунами. По мнению исследователей, граница составляет 3 радиуса Земли. Таким образом, на обширном пространстве нашей Галактики ниже этого порога можно без особого труда найти землеподобные планеты.
определить автоматически
Закрыть
Планеты-гиганты – кратко — Русская историческая библиотека
В Солнечной системе насчитывается восемь больших планет. Половина из них относится к планетам земной группы. Они имеют железно-каменный состав и располагаются на расстояниях от 0,4 (Меркурий) до 1,5 астрономических единиц (Марс) от Солнца. Вторая половина – это планеты-гиганты. Их ядра состоят из более тяжелых элементов, но основная масса находится в плотных оболочках, где главными составляющими являются водород и гелий (у Юпитера и Сатурна) и углерод, кислород и азот (у Урана и Нептуна).
От Солнца они находятся на расстояниях от 5,2 (Юпитер) до 30 a. е. (Нептун). Иногда Уран и Нептун выделяют в отдельный подкласс ледяных гигантов. Они имеют лишь относительно небольшие (по массе) самые внешние оболочки из легких элементов – водорода и гелия.
Планеты-гиганты. Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Видеофильм
В Юпитере общая масса элементов тяжелее гелия может составлять до 40 масс Земли. Масса ядра при этом около 10 масс Земли. У Сатурна, в состав которого входит примерно 20 – 30 масс Земли в виде тяжелых элементов, ядро более тяжелое – от 10 до 20 земных масс. Расчеты показывают, что ядра этих двух планет не могут находиться в твердом состоянии. Твердых составных частей они, видимо, не имеют и во внешних оболочках. Нептун, по всей видимости, также не имеет твердого ядра. Но не исключено, что небольшое твердое ядро есть у Урана. Все планеты-гиганты обладают сильным магнитным полем, особенно Юпитер.
Внутреннее строение планет-гигантов в сравнение со строением Земли
Внешние слои планет-гигантов – это толстые газовые оболочки. Поскольку все четыре гиганта быстро вращаются, мы видим их атмосферы «полосатыми» из-за зональных ветров. Ориентация полос перпендикулярна оси вращения. В верхних слоях дуют сильные ветры и возникают огромные вихревые структуры (самая известная из них – Большое красное пятно на Юпитере), связанные со штормами в атмосфере. Из-за быстрого вращения все планеты-гиганты заметно сплюснуты.
Все четыре планеты-гиганта имеют системы колец. Самая большая и известная из них – у Сатурна. Еще в 1610 г. ее наблюдал Галилео Галилей, однако понять, что речь идет именно о кольцах, удалось лишь спустя несколько десятилетий Христиану Гюйгенсу. В наши дни детальные данные по кольцам Сатурна получены межпланетной станцией «Кассини». Кольца Урана и Нептуна были открыты при наземных наблюдениях покрытий этими планетами звезд во второй половине XX в.
А вот кольца Юпитера как следует разглядел только космический аппарат «Вояджер-1».
Сравнение размером планет-гигантов и планет земной группы. В заднем ряду – Юпитер и Сатурн, во втором – Уран и Нептун, перед ними – Земля и Венера, ближе всех – Марс и Меркурий
В вопросе происхождения колец остается много неясного. Кольца Юпитера состоят из мелких пылинок размером порядка микрометра. За появление этой пыли отвечают близкие спутники (Амальтея и др.), которые постоянно бомбардируются микрометеоритами. Без них кольца исчезли бы за сотню тысяч лет. Кольца Урана и Нептуна, по-видимому, старые, их возраст может составлять миллиарды лет. Красивые кольца Сатурна могут в основном состоять из вещества, попавшего туда достаточно давно, но структура колец со временем должна меняться, так что современный их облик, видимо, не старше нескольких десятков миллионов лет.
См. также Спутники планет-гигантов.
планет за пределами нашей Солнечной системы
Планеты появляются из плотного газопылевого диска, окружающего молодые звезды.
Кредит: НАСА
Пыль вокруг звезды имеет решающее значение для формирования небесных объектов вокруг нее. Пыль вокруг звезд содержит такие элементы, как углерод и железо, которые могут способствовать формированию планетных систем.
Когда звезда находится в формирующемся диске, также известном как фаза Т Тельца , она испускает чрезвычайно горячие ветры, в которых преобладают положительно заряженные частицы, называемые протонами, и нейтральные атомы гелия. Хотя большая часть материала с диска все еще падает на звезду, небольшие группы счастливых частиц пыли врезаются друг в друга, слипаясь в более крупные объекты.
Сгустки пыли становятся галькой, галька становится более крупными камнями, которые перетираются вместе, чтобы расшириться. Присутствие газа помогает частицам твердого материала слипаться. Одни распадаются, а другие держатся. Это строительные блоки планет, которые иногда называют «планетезималями».
Ученые считают, что планеты, в том числе и те, что находятся в нашей Солнечной системе, скорее всего, начинаются как пылинки размером меньше человеческого волоса.
Они появляются из гигантского диска газа и пыли в форме пончика, который окружает молодые звезды. Гравитация и другие силы заставляют материал внутри диска сталкиваться. Если столкновение достаточно мягкое, материал сплавляется и растет, как катящийся снежный ком. Со временем частицы пыли объединяются в гальку, которая превращается в камни размером с милю. Когда эти планетезимали вращаются вокруг своей звезды, они убирают материал со своего пути, оставляя космические следы пустыми, за исключением мелкой пыли. В то же время звезда поглощает близлежащий газ и отталкивает более удаленный материал еще дальше. Через миллиарды лет диск полностью трансформируется, большая его часть теперь представлена в виде новых миров. Посмотрите видео, чтобы увидеть, как разворачивается этот процесс.
Там, где диск холоднее, достаточно далеко от звезды, чтобы вода могла замерзнуть, крошечные фрагменты льда цепляются за пыль. Грязные снежки могут собираться в гигантские планетарные ядра. Эти более холодные регионы также позволяют молекулам газа замедляться настолько, чтобы их можно было притянуть к планете.
Считается, что именно так образовались Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, газовые гиганты нашей Солнечной системы. Считается, что Юпитер и Сатурн сформировались первыми и быстро в течение первых 10 миллионов лет существования Солнечной системы.
В более теплых частях диска, ближе к звезде, начинают формироваться скалистые планеты. После образования ледяных гигантов планетам земной группы остается не так много газа, который мог бы аккрецироваться. Скалистые планеты, такие как Меркурий, Венера, Земля и Марс, могут сформироваться через десятки миллионов лет после рождения звезды. Детали того, где именно планеты предпочитают формироваться в дисках, до сих пор остаются загадкой и продолжаются исследованиями.
Когда планеты формируются вокруг звезды, они называются планетными системами, которые определяются как наборы гравитационно связанных объектов, вращающихся вокруг звезды. Они могут состоять из одной или нескольких планет, но также могут включать карликовые планеты, астероиды, естественные спутники, метеороиды и кометы.
Солнце и его планеты, включая Землю, известны как Солнечная система. Термины «внесолнечная» система и «экзопланетная» система относятся к планетным системам, отличным от нашей собственной.
Как мы сюда попали? Как появляются звезды и планеты? Что происходит в течение жизни звезды, и какая участь постигнет ее планеты, когда она умрет? Присоединяйтесь к этому межзвездному путешествию во времени.
› больше часто задаваемых вопросов
Этот набор постеров о путешествиях изображает день, когда творчество ученых и инженеров позволит нам делать то, о чем мы сейчас можем только мечтать.
Исследуйте интерактивную галерею некоторых из самых интригующих и экзотических планет, обнаруженных до сих пор.
Планетарное путешествие во времени. Древние спорили о существовании планет помимо нашей; теперь мы знаем о тысячах.
планет и их формирование
перейти к содержанию
Считается, что планеты в нашей Солнечной системе образовались из того же вращающегося диска пыли, что и Солнце.
Этот диск, названный солнечной туманностью, состоял в основном из водорода и гелия, но также содержал другие элементы в меньших пропорциях. Туманность имела определенный угловой момент, вращаясь вокруг формирующегося Солнца. Частицы во вращающемся диске начали слипаться, поскольку гравитация притягивала их друг к другу. За несколько миллионов лет многие из этих кусков слились воедино, и их было около 10 9 .0033 9 объекта, называемого планетезималями, диаметром около 1000 м. Со временем планетезимали продолжали сталкиваться и соединяться вместе, притягиваемые гравитацией. Эти более крупные объекты размером и массой с нашу Луну называются протопланетами. Накопление материала для образования планет таким образом называется аккрецией.
Температура ранней Солнечной системы объясняет, почему внутренние планеты твердые, а внешние газообразные.
Когда газы объединились, чтобы сформировать протосолнце, температура в Солнечной системе повысилась. Во внутренней Солнечной системе температура достигала 2000 К, а во внешней Солнечной системе она была такой же низкой, как 50 К. Во внутренней Солнечной системе в твердом состоянии оставались бы только вещества с очень высокой температурой плавления. Все остальные бы ваопризелись. Итак, внутренние объекты Солнечной системы состоят из железа, кремния, магния, серы, алюминия, кальция и никеля. Многие из них присутствовали в соединениях с кислородом. Было относительно немного элементов любого другого вида в твердом состоянии, чтобы образовать внутренние планеты. Внутренние планеты намного меньше внешних планет и из-за этого имеют относительно низкую гравитацию и не могут притягивать большое количество газа в свои атмосферы. Во внешних регионах Солнечной системы, где было прохладнее, другие элементы, такие как вода и метан, не испарялись и могли образовывать планеты-гиганты. Эти планеты были более массивными, чем внутренние планеты, и могли притягивать большое количество водорода и гелия, поэтому они состоят в основном из водорода и гелия, самых распространенных элементов в Солнечной системе и во Вселенной.