Самая богатая железом планета
Похожа на Меркурий. Астрономы обнаружили железную экзопланету
Богатая железом планета из близкой к нам звездной системы может объяснить, как образовалась планета Меркурий в нашей собственной системе. Новоявленная планета находится на расстоянии 31 светового года от Солнечной системы. Статья о ней опубликована в Science. Астрономы не наблюдали эту планету напрямую, но они смогли оценить ее размер и массу по влиянию на звезду, вокруг которой она обращается. Судя по этим данным, планета может состоять преимущественно из железа.
«Наши измерения показали, что новая экзопланета меньше и немного легче Земли, она может быть, как Меркурий, который в основном состоит из железа», – говорит Кристин Лэм из Института планетных исследований при Германском аэрокосмическом центре в Берлине.
Планета, обозначенная GJ 367b, вращается настолько близко к своей звезде – красному карлику, что для совершения полного оборота вокруг светила ей нужно всего восемь земных часов. Температура на поверхности планеты может достигать 1500 градусов Цельсия. При такой температуре многие металлы начинают плавиться, и эту планету можно себе представить как, вероятно, расплавленную, говорит Кристин Лэм. Возможно, на планете есть лава, и, возможно, у нее нет атмосферы, но то, что она довольно плотная и недра этой планеты похожи на недра Меркурия, мы знаем, продолжает исследовательница. Поскольку эта особенная планета обращается вокруг близкой и яркой звезды, ученые смогут получить о ней больше информации, когда будет запущен новый космический телескоп «Джеймс Уэбб».
За последние годы ученые обнаружили около 5000 экзопланет, но только единицы совершают полный оборот вокруг своих звезд за время меньшее, чем земные сутки, отмечает Джошуа Винн, астроном из Принстонского университета. По его словам, такие планеты представляются небольшими и землеподобными, и некоторые называют их горячими Землями.
«Никто не ждал, что они обнаружатся. Это странные планеты, которые могут быть очень информативными», – говорит Винн.
Маловероятно, чтобы планета, подобная обнаруженной, сформировалась там, где она находится сейчас, потому что температура окружающей ее среды представляется слишком высокой для того, чтобы куски твердого вещества могли сцепиться друг с другом, поясняет ученый. И то, что эта планета такая плотная, очень необычно и озадачивает, говорит он, добавляя, что до сих пор неясно, почему Меркурий, самая близкая к Солнцу планета, так богата железом. Его на Меркурии больше, чем на Венере или Марсе.
Теллурическая планета
Резюме
Состав
Планеты земной группы солнечной системы
| Планета | Экваториальный радиус | Масса | Сила тяжести | Наклон оси |
|---|---|---|---|---|
| Меркурий | 2439,7 км (0,383 Земли) | e23 / 3.301 3,301 × 10 23 кг (0,055 Земля) | 3,70 м / с 2 (0,378 г ) | 0,03 ° |
| Венера | 6051,8 км (0,95 Земли) | e24 / 4.8675 4,867 5 × 10 24 кг (0,815 Земля) | 8,87 м / с 2 (0,907 г ) | 177.36 ° |
| земля | 6,378,137 км | e24 / 5.9724 5,972 4 × 10 24 кг | 9,780 м / с 2 (0,997 32 г ) | 23,44 ° |
| маршировать | 3396,2 км (0,532 Земли) | e23 / 6.44171 6,441 71 × 10 23 кг (0,107 Земля) | 3,69 м / с 2 (0,377 г ) | 25,19 ° |
Планеты земной группы расположены во внутренней части Солнечной системы. Это не совпадение, потому что, поскольку они находятся близко к Солнцу, их температура имеет тенденцию быть выше, а легчайшие компоненты их первичной атмосферы (водород и гелий) улетели в космос, чтобы достичь скорости освобождения их планеты. Их положение также определяет относительно высокие температуры их поверхности и периоды обращения, которые короче, чем у газовых гигантов Внешней Солнечной системы, в то время как периоды их вращения длиннее.
У этих планет есть еще одна общая черта: отсутствие или небольшое количество естественных спутников и их небольшой размер (менее 15 000 км в диаметре).
Тенденции плотности
Меркурий
Третья гипотеза предполагает, что солнечная туманность вызвала сопротивление частиц во время аккреции Меркурия, что означает, что более легкие материалы отделились от аккрецирующих материалов.
Венера
У Венеры будет каменистая мантия, составляющая около 52,5% радиуса планеты, состоящая в основном из силикатов и оксидов металлов.
Ядро Венеры будет состоять из двух частей: внешнего ядра из жидкого железа и никеля, которое будет составлять около 30% радиуса планеты; внутреннее ядро, состоящее из твердого железа и никеля, которое, как говорят, составляет около 17% радиуса Венеры. Но эта точность является умозрительной, потому что, в отличие от Земли, не было никаких сейсмических измерений. Не исключено, что ядро Венеры полностью жидкое.
земля
маршировать
Ядро Марса будет иметь радиус от 1300 до 2000 км (то есть от 38% до 59% радиуса планеты, неопределенность частично связана с неизвестностью относительно того, какая часть мантии может быть жидкой и, следовательно, уменьшит размер ядра. ; значение 1480 км часто называют радиусом ядра Марса, или 43,7% от среднего радиуса самой планеты. Таким образом, Mars Pathfinder помог уточнить те, которые были ранее получены с помощью зондов Viking, и установить, что масса Марса скорее сконцентрирован в его центре, что говорит в пользу плотного ядра и не слишком большого размера.
Сегодня мы считаем, что Луна представляет собой дифференцированное тело: ее структура в глубине не однородна, а является результатом процесса охлаждения, кристаллизации исходной магмы и миграции эволюционировавшей магмы. Эта дифференциация привела к образованию коры (на поверхности) и ядра (на глубине), между которыми расположена мантия.
Теллурические экзопланеты
Исторический
Большинство планет, находящихся за пределами нашей Солнечной системы, являются газовыми гигантами, потому что они производят более сильные колебания на своей родительской звезде, и поэтому их легче обнаружить. Однако считается, что ряд внесолнечных планет являются планетами земного типа.
В начале 1990-х годов были обнаружены первые экзопланеты, вращающиеся вокруг пульсара PSR B1257 + 12 с массами в 0,02, 4,3 и 3,9 раза больше Земли. Они были открыты случайно: их транзит вызвал перебои в радиоизлучении пульсара (если бы они не находились на орбите пульсара, их бы не обнаружили).
В июне 2005 года была обнаружена первая планета вокруг расплавленной звезды, которая может быть теллурической, на орбите красного карлика Gliese 876 в 15 световых годах от нас. Эта планета имеет массу в 7-9 раз больше, чем Земля, и имеет период в два земных дня. Но радиус и состав Gliese 876 d до сих пор неизвестны.
Миссия Кеплера направлена на открытие таких планет, как Земля, вращающихся вокруг других звезд, путем наблюдения за их прохождением перед звездой. Зонд «Кеплер» был запущен 6 марта 2009 года. Продолжительность миссии составит 3 ½ года, чтобы обнаружить и подтвердить присутствие планеты, подобной Земле, с орбитальным расстоянием, аналогичным земному. Поскольку у такой планеты, как Земля, есть интервалы для прохождения (прохождения перед своей звездой), для надежной проверки потребуется около 4 транзитов.
Димитар Сасселов, сотрудник миссии «Кеплер», недавно упомянул на выступлении TED в 2010 году, что с момента запуска «Кеплера» появились сотни потенциальных планет земной группы. Если эти планеты будут подтверждены дальнейшими исследованиями, это будет крупнейшее открытие экзопланет на сегодняшний день. На данный момент научные группы миссии «Кеплер» обязаны хранить в секрете первые результаты всех потенциально наземных экзопланет, пока они не подтвердят их. Первое публичное объявление результатов ожидается в начале 2011 года.
2 февраля 2011 года команда космической обсерватории Кеплер опубликовала список из 1235 потенциальных экзопланет, 54 из которых могут находиться в « обитаемой зоне ». Некоторые из этих планет такого же размера, как Земля или больше.
Земные экзопланеты
Типы планет земной группы
Было предложено несколько возможных классификаций планет земной группы:
Стандартный тип планет земной группы, наблюдаемый в Солнечной системе, состоит в основном из кремниевой каменной мантии с металлическим (железным) ядром.
Теоретический тип планеты земной группы, которая почти полностью состоит из железа и поэтому имеет более высокую плотность и меньший радиус, чем другие планеты земной группы сравнимой массы. У Меркурия есть металлическое ядро, равное 60-70% его планетной массы. Считается, что металлические планеты образуются в регионах с очень высокими температурами (например, вблизи звезды), таких как Меркурий, и если протопланетный диск богат железом.
Теоретический тип планеты земного типа, который состоит из силикатных пород, но не имеет металлического ядра, то есть противоположность металлической планеты. В нашей Солнечной системе нет таких планет, но хондриты и метеориты такие. Считается, что планеты без ядра образуются далеко от звезды, где обычно встречаются летучие окисляющие вещества.
Углеродная планета или алмазная планета
Теоретический тип планеты земного типа, состоящий в основном из минералов на основе углерода. В Солнечной системе нет планет этого типа, но есть углеродистые астероиды (астероиды типа C).
Теоретический тип планеты земной группы, полностью покрытой океаном воды глубиной в сто километров. Нет подтвержденных океанических планет, но Gliese 1214b может быть такой.
Суперземли представляют собой самые большие планеты земной группы.
Процесс дифференциации
Полезные ископаемые планет Солнечной системы
Как колонии на других планетах будут обеспечивать свои потребности в ресурсах без помощи Земли? Как же все-таки будет происходить добыча ресурсов в космосе? На первый взгляд два простых вопроса на которые даст ответ даже школьник, скажете вы. Делов то построить шахту, взять инструмент в руки и пойти “долбить” камни. Но не все так просто как кажется, условия на всех планетах Солнечной системы сильно отличаются от Земных. И даже если работа кажется легкой и понятной, на другой планете это может отобрать в рази больше усилий и времени. Даже на самой более-менее благоприятной для колонизации планете Марс, добыча полезных ископаемых будет радикально отличатся.
Вопрос колонизации других планет обсуждают все более интенсивней с каждым днем. По мере обсуждения появляется все больше вопросов и проблем которые нужно решить перед отправкой людей в такое долгое и опасное путешествие. Одной из главных проблем является обеспечение инопланетной колонии ресурсами. Постоянные отправки с Земли будут стоить очень дорого, да и нет гарантии что такие посылки будут всегда доходить к месту назначения. Конечно в первое время без них не обойтись ведь нужно с чего-то начать, но по мере разрастания колонии она должна будет научиться обеспечивать себя сама. Так что давайте разберемся какие полезные ископаемые можно встретить на планетах Солнечной системы и какой из этих космических объектов будет самим выгодным для постройки колонии если смотреть на природные богатства.
Меркурий
Венера
Планета на которой во время дождя с неба падает серная кислота вместо привычной для землян води. Вторая планета от Солнца богата на свинец и висмут. Какраз благодаря свинцу планета так ярко светится, ее всегда можно увидеть ночью в небе не вооружённым глазом. Так как планета очень близко к звезде температура порой достигает +500 градусов по цельсию. Добыча ресурсов там может быть очень не простой задачей.
Красная планета считается наиболее благоприятной для колонизации не только из-за сравнительно небольшого расстояния к нам. В далеком прошлом Марс был очень похож на Землю, поэтому есть основания полагать что под поверхностью есть большой запас жизненно необходимой воды. Также предполагают присутствие железа, меди и золота которые будут очень полезны для развития марсианской колонии.
Вывод
Кроме планет в Солнечной системе есть еще много очень богатых на ресурсы спутников, таких как Луна, Ио, Европа, Ганимед, Калисто. О полезных ископаемых на остальных планетах известно почти ничего. Пока на них не будет построена космическая колония ученые могут только гадать.
Что такое «планеты земной группы»?
Изучая нашу Солнечную систему многие века, астрономы также узнали многое и о типах планет, существующих в нашей Вселенной. Благодаря открытию экзопланет, это знание существенно расширилось: многие из этих планет похожи на ту, которую мы зовем своим домом. Правда, «похожи» не означает точную идентичность: из множества обнаруженных планет сотни считаются газовыми гигантами, и сотни — «землеподобными». Также они известны как планеты земной группы, и это определение многое говорит о планете.
Что такое планета земной группы? Также известные как твердотельные планеты, это небесные тела, состоящие преимущественно из силикатных пород и металлов и обладающие твердой поверхностью. Это отличает их от газовых гигантов, которые состоят преимущественно из газов вроде водорода и гелия, воды и тяжелых элементов в разных состояниях.
Планеты земной группы схожи по строению и составу с планетой Земля.
Состав и характеристики
Все планеты земной группы обладают примерно одной и той же структурой: центральное металлическое ядро, состоящее по большей части из железа, окруженной силикатной мантией. Такие планеты обладают похожими особенностями поверхности, среди которых каньоны, кратеры, горы, вулканы и другие структуры, зависимые от присутствия воды и тектонической активности.
Планеты земной группы также обладают вторичными атмосферами, которые создаются в процессе вулканической активности или падения комет. Это также отличает их от газовых гигантов, у которых планетарная атмосфера является первичной и захваченной непосредственно из оригинальной солнечной туманности.
Планеты земной группы также известны тем, что у них мало лун или нет вообще. У Венеры и Меркурия нет спутников, у Земли только один. У Марса два — Фобос и Деймос — но они больше похожи на крупные астероиды, нежели на реальные спутники. В отличие от газовых гигантов, планеты земной группы также не имеют системы планетарных колец.
Планеты земной группы в Солнечной системе
Все планеты, обнаруженные во внутренней Солнечной системе — Меркурий, Венера, Земля и Марс — яркие представители земной группы. Все они состоят по большей части из силикатных пород и металла, которые распределены между плотным металлическим ядром и силикатной мантией. Луна похожа на эти планеты, но ее железное ядро намного меньше.
Ио и Европа — тоже спутники, которые похожи по структуре на планеты земной группы. Моделирование состава Ио показало, что мантия спутника состоит почти полностью из силикатных пород и железа и окружает ядро из железа и сульфида железа. Европа, с другой стороны, обладает железным ядром, которое окружено внешним слоем воды.
Карликовые планеты вроде Цереры и Плутона, а также другие крупные астероиды похожи на планеты земной группы тем, что у них есть твердая поверхность. Однако состоят они больше из ледяных материалов, нежели камня.
Экзопланеты земной группы
Большинство планет, обнаруженных за пределами Солнечной системы, были газовыми гигантами, поскольку их обнаружить легче всего. Но с 2005 года были обнаружены сотни потенциальных экзопланет земной группы — во многом благодаря космической миссии «Кеплера». Большинство планет стали известны как «суперземли» (то есть планеты с массой между Землей и Нептуном).
Примеры экзопланет земной группы включают Gliese 876 d, планету с массой в 7-9 земных. Эта планета вращается вокруг красного карлика Gliese 876, расположенного в 15 световых годах от Земли. Существование трех (или четырех) экзопланет земной группы также было подтверждено между 2007 и 2010 годом в системе Gliese 581, другого красного карлика приблизительно в 20 световых годах от Земли.
Самая маленькая из них, Gliese 581 e, по массе всего в 1,9 земных, но вращается слишком близко к звезде. Две других, Gliese 581 c и Gliese 581 d, а также предполагаемая четвертая планета Gliese 581 g, более массивны и вращаются в пределах «зоны Златовласки» звезды. Если эта информация подтвердится, система станет интересна наличием потенциально обитаемых планет земного типа.
Первая подтвержденная экзопланета земной группы Kepler-10b — планета массой в 3-4 земных, расположенная в 460 световых годах от Земли, — была обнаружена в 2011 году в ходе миссии «Кеплер». В том же году космическая обсерватория «Кеплера» выпустила список 1235 экзопланетарных кандидатов, включая шесть «суперземель», расположенных в пределах потенциально обитаемой зоны своей звезды.
С тех пор «Кеплер» обнаружил сотни планет размером от Луны до большой Земли, и еще больше кандидатов за пределами этих размеров.
Ученые предложили несколько категорий для классификации планет земного типа. Силикатные планеты — это стандартный тип планет земной группы в Солнечной системе, состоящий преимущественно из силикатной твердой мантии и металлического (железного) ядра.
Железные планеты — это теоретический тип планет земного типа, который состоит почти полностью из железа, а значит более плотный и с меньшим радиусом, чем другие планеты сопоставимой массы. Планеты такого типа, как полагают, образуются в высокотемпературных областях близко к звезде, где протопланетарный диск богат железом. Меркурий может быть примером такой группы: он образовался близко к Солнцу и обладает металлическим ядром, которое эквивалентно 60-70% планетарной массы.
Планеты без ядра — еще один теоретический тип планет земного типа: они состоят из силикатных пород, но не имеют металлического ядра. Другими словами, планеты без ядра — это противоположность железной планете. Планеты без ядер, как полагают, образуются дальше от звезды, где более распространен летучий окислитель. И хотя таких планет у нас нет, есть масса хондритов — астероидов.
Наконец, есть углеродные планеты (так называемые «алмазные планеты»), теоретический класс планет, которые состоят из металлического ядра, окруженного преимущественно углеродными минералами. Опять же, в Солнечной системе нет таких планет, но есть обилие углеродонасыщенных астероидов.
До недавнего времени все, что ученые знали о планетах — включая их образование и наличие разных типов, — выходило из изучения нашей собственной Солнечной системы. Но с развитием изучения экзопланет, которое увидело мощный всплеск за последние десять лет, наши знания о планетах существенно выросли.
С одной стороны, мы пришли к пониманию, что размер и масштаб планет куда выше, чем думали раньше. Более того, мы впервые увидели множество похожих на Землю планет (которые также могут быть обитаемы), существующих в других солнечных системах.
Кто знает, что мы найдем, когда получим возможность отправить зонды и пилотируемые миссии на другие планеты земной группы?
Как устроены планеты
От поверхности к ядру: восемь путешествий по недрам планет Солнечной системы.
Сравнительные размеры планет (слева направо: Меркурий, Венера, Земля, Марс)
Меркурий: громадное ядро
Происхождение большого, плотного, исключительно богатого железом ядра Меркурия остается загадкой. Возможно, некогда Меркурий был в несколько раз крупнее, и ядро его не было чем-то аномальным, но в результате столкновения с неизвестным телом от него «отвалился» изрядный кусок коры и мантии. К сожалению, подтвердить эту теорию пока не удается.
1. Кора, толщина — 100-300 км. 2. Мантия, толщина — 600 км. 3. Ядро, радиус — 1800 км.
Венера: толстая кора
Внутреннее строение Венеры изучено плохо. Считается, что ее толстая силикатная кора уходит в глубину на несколько десятков километров. Судя по некоторым данным, 300-500 млн лет назад планета полностью обновила кору в результате катастрофических масштабов вулканизма. Предположено, что тепло, которое вырабатывается в недрах планеты из-за радиоактивного распада, не может на Венере «стравливаться» постепенно, как на Земле, посредством тектоники плит. Тектоники плит здесь нет, и энергия эта накапливается подолгу, и время от времени «прорывается» такими глобальными вулканическими «бурями».
Под корой Венеры начинается 3000-километровый слой расплавленной мантии неустановленного состава. А раз Венера относится к тому же типу планет, что и Земля, у нее предполагается и наличие железо-никелевого ядра диаметром около 3000 км. С другой стороны, наблюдения не обнаружили у Венеры собственного магнитного поля. Это может означать, что заряженные частицы в ядре не двигаются, и оно находится в твердом состоянии.
Возможное внутреннее строение Венеры
Земля: всё идеально
Наконец, мы попадем в железо-никелевое ядро: расплавленное внешнее (на глубине до 5100 км) и твердое внутреннее (вплоть до 6400 км). На ядро приходится почти 30% массы Земли, а конвекция жидкого металла во внешнем ядре создает на планете глобальное магнитное поле.
Общая структура планеты Земля
©Wikimedia/ Jeremy Kemp
Марс: застывшие плиты
Сравнение строения Марса и других планет земной группы
Юпитер: сила тяжести и легкие газы
Сегодня не существует технических возможностей исследовать строение Юпитера: слишком уж велика эта планета, слишком сильна ее гравитация, слишком плотна и неспокойна атмосфера. Впрочем, где здесь кончается атмосфера и начинается сама планета, сказать трудно: этот газовый гигант, по сути, не имеет никаких четких внутренних границ.
Модель внутренней структуры Юпитера
Сатурн: саморазогревающаяся система
Несмотря на все внешние различия, отсутствие знаменитого Красного пятна и наличие еще более знаменитых колец, Сатурн очень похож на соседний Юпитер. Он состоит из водорода на 75%, и на 25% из гелия, со следовым количеством воды, метана, аммиака и твердых веществ, в основном сосредоточенных в горячем ядре. Как и на Юпитере, здесь имеется толстый слой металлического водорода, создающий мощное магнитное поле.
Внутреннее строение Сатурна
Уран: лед и камень
А вот на Уране внутреннего тепла явно недостаточно, причем настолько, что это до сих пор требует специального объяснения и озадачивает ученых. Даже Нептун, на Уран очень похожий, излучает тепло в разы больше, Уран же мало того, что получает от Солнца совсем немного, так и отдает порядка 1% этой энергии. Это самая холодная планета Солнечной системы, температура здесь может падать до 50 Кельвин.
Это означает, что у ледяного гиганта тоже нет никакой твердой поверхности: газообразная, состоящая из водорода и гелия атмосфера без явной границы переходит в жидкие верхние слои самой планеты.
Внутреннее строение Урана
Нептун: алмазный дождь
Как и у Урана, у Нептуна атмосфера особенно заметна, она составляет 10-20% всей массы планеты и простирается на 10-20% расстояния до ядра в ее центре. Состоит она из водорода, гелия и метана, который придает планете голубоватый цвет. Опускаясь сквозь нее вглубь, мы заметим, как атмосфера постепенно уплотняется, медленно переходя в жидкую и горячую электропроводящую мантию.
1. Верхняя атмосфера, верхние облака 2. Атмосфера, состоящая из водорода, гелия и метана 3. Мантия, состоящая из воды, аммиака и метанового льда 4. Железо-никелевое ядро