Še pred kratkim smo mislili, da je naš sončni sistem prototip, po katerem bi morali graditi druge planetarne sisteme. Mislili smo, da obstajata dva razreda planetov: trdni svetovi, ki jih najdemo strnjeni v notranjih regijah, in plinski velikani, ki so bolj oddaljeni. Od devetdesetih let smo začeli odkrivati planete v bližini drugih zvezd, nato pa smo ugotovili, da naš sončni sistem ni povsem normalen. V novem prispevku, ki je bil sprejet v objavo ta teden, sta dva astrofizika na univerzi Columbia poskušala ugotoviti, zakaj.
Izkazalo se je, da imeti majhne trdne planete v notranjem sončnem sistemu in velike plinske velikane v zunanjem ni povsem normalno. Plinske orjake in skalnate planete lahko najdemo povsod, veliki planeti pa imajo popolnoma enake možnosti, da bodo bližje svoji zvezdi kot majhni. Planeti, ki smo jih našli, so pokazali, da nič ne preprečuje, da bi plinski velikani postali "vroči Jupitri", še več - to počnejo precej pogosto. Drugo presenečenje je še bolj presenetljivo in vredno je pionirskega dela Nasine vesoljske opazovalnice Kepler. Čeprav so trdni svetovi velikosti Zemlje - tako večji kot manjši - tako pogosti kot svetovi velikosti Neptuna in Jupitra, obstaja tretji razred planetov, najpogostejši med vsemi. Med velikostmi Zemlje in Neptuna obstaja možnost, ki smo jo spregledali: super-zemlja (ali mini-neptun). In kot se je izkazalo, je super-zemlja večja od katerega koli drugega planeta.
Prvo vprašanje, ki se nam je postavilo: zakaj je ta razred neverjetnih svetov tako gosto poseljen? Ko pa so se naši modeli planetarnih formacij v bližini zvezd izboljšali, smo začeli opazovati, da se je skupaj s preživelimi planeti pojavila gladka porazdelitev. Svetovi, ki so bili premalo masivni, so druga telesa praviloma absorbirala, vrgla ali vrgla v Sonce. Ko se je masa planeta povečevala, se je povečala tudi verjetnost njihovega preživetja. Bolj kot bo svet masiven - po možnosti trikrat bolj masiven od Zemlje - bolj verjetno je, da ga bo gravitacijski vlek zajel v vodik in helij. Ti vmesni množični svetovi bi morali biti nekje med skalnatimi planeti in plinskimi velikani. Če pa iščete vedno bolj masivne svetove, boste videli, da jih je vedno manj. Vesolje ne ustvarja prevelikega števila ogromnih svetov samo zato, ker ima surovine. Za oblikovanje samega Jupitra bi potrebovali 317 naših planetov.
Ko se je naše razumevanje planetarne vzgoje izboljšalo, smo začeli imeti vsebinska vprašanja. Če so bile super-Zemlje najpogostejši tip svetov, kaj je potem tako posebnega v sončnem sistemu, da nimamo niti ene super-zemlje? Možnosti so zanimive, a razočarajo:
- Mlade superzemlje, ki so nastale, vendar niso preživele, so bile morda zavržene skupaj s selitvijo orjaških planetov.
- Celoten notranji sončni sistem, ki je nastal pred Jupitrom, se je izkazal za majhnega, saj so nastali pozno, ko je bil ves material že porabljen.
- Naši ogromni plinski velikani in Sonce so zgrabili prvi material, ki tvori planet, ne da bi imeli možnosti za superzemljo.
Vendar sta znanstvenika Jinjin Chen in David Kipping z najnovejšim razvojem verjetnostnih napovedi pripravila novo, zanimivo in popolno razlago. Morda smo se zelo zmotili.
Promocijski video:
V večini primerov smo pri opazovanju planetov poznali maso ali polmer, ne pa obeh parametrov hkrati. Toda brez poznavanja enega parametra je nemogoče razumeti, s kakšnim svetom imamo opravka, s trdno snovjo, kot je Zemlja, ali s plinovitim, kot je Neptun. Predstavljajte si dva povsem različna svetova, od katerih je vsak trikrat masivnejši od Zemlje: eden ima trdno jedro 2,8 zemeljske mase s tanko lupino plina okoli sebe, drugi pa trdno jedro 1,5 zemeljske mase in enako količino plina v ozračju. Prvi planet bo podoben Zemlji, v resnici pa je super-Zemlja: večja, bolj masivna in s tanko atmosfero. Drugi planet bo bolj podoben mini-neptunu: 10.000 kilometrov "atmosfere" nad trdno površino v vseh smereh in pritisk na površje bo v trenutku zdrobil vsako življenje, ki ga poznamo.
Ugotovitve Chena in Kippinga nam omogočajo, da natančno potegnemo mejo med super Zemljo in mini Neptunom. Predstavili so shemo ocenjevanja, ki daleč presega naše prejšnje ocene. Njihova različica:
- Vsak svet, ki tehta manj kot 2,0 ± 0,6 Zemlje, je verjetno trden.
- Vsak svet med 2,0 in 130 zemeljskimi masami bo podoben Neptunu.
- Vse, kar je masivnejše od 8% našega Sonca, bo zvezda.
- To je vse. Druga klasifikacija bi bila po mnenju astrofizikov popolna neumnost.
Pove nam tudi, da je večina svetov, ki jih imenujemo "super-dežele", dejansko lociranih na koncu nizkih svetov, podobnih neptunu, kar potrjuje dolgoletni sum. Za planete, ki jih najdemo s tranzitno metodo, bo trden svet z maso 2,0 Zemlje s polmerom približno 25% večji od Zemlje; če več, bo skoraj zagotovo svet, podoben neptunu, z masivno vodikovo-helijevo lupino.
In ali veste, zakaj v našem sončnem sistemu ni superzemelj? Ker z maso 50% oziroma 40% tega tranzitnega praga sta Zemlja in Venera točno tisti nadzemlji, ki ju iščemo: trdna planeta z veliko maso. Naslednji "razred" planetov bodo svetovi, podobni neptunu, in jih imamo tri.
"Veliko dokazov o odkritih planetih z maso od 2 do 10 Zemlje pogosto navajajo kot dokaz, da so superzemlje zelo pogoste in da se naš sončni sistem izkaže za nenavaden," pišejo avtorji. »Če pa se meja med zemeljskim in neptunijskim svetom premakne na 2 zemeljski masi, sončni sistem ne bo več nenavaden. Po naši definiciji so le trije od osmih planetov v sončnem sistemu neptunski svetovi, ki so najpogostejši tip planetov okoli drugih zvezd sončnega tipa."
Z drugimi besedami, res je, da v našem osončju ni planetov med dvema in desetimi masami Zemlje, kar je samo po sebi redko. Toda to ni najboljši način za razvrščanje planetov; so le del obsega neptunijskih svetov in jih imamo tri. Izkazalo se je, da smo se popolnoma zmotili glede problema manjkajočih superzemelj. Če ga pravilno upoštevamo, bosta dva zanimiva zaključka: to, kar smo imenovali nadzemlje, sploh ni videti kot Zemlja in ni nobenega problema, saj v našem osončju ni nič izginilo.
ILYA KHEL