Проведенные с помощью космического телескопа Хаббл наблюдения прохождения экстрасолнечной планеты по диску своей звезды впервые дали основания утверждать, что атмосфера планеты испаряется звездой.

К настоящему времени известно уже более сотни планет за пределами Солнечной системы (про историю их открытия, а также текущее состояние проблемы и перспективы смотрите интереснейший материал Б.Е.Штерна - "Экстрасолнечные планеты"). Их число постоянно растет и, не исключено, что в ближайшие десятилетия будут обнаружены планеты, похожие на Землю, и даже, возможно, удастся зафиксировать следы жизни на этих планетах (хотя такое предложение, наверное, многим покажется фантастическим, но проекты космических систем, которым было бы под силу решить эту задачу, уже разработаны). Однако на сей момент ни одна из известных экзопланет, по-видимому, не пригодна для жизни: практически все они являются газовыми гигантами, похожими на Юпитер и Сатурн. Это, впрочем, совсем не удивительно, потому что большие и массивные планеты обнаружить гораздо легче, чем маленькие.

Некоторые из экзопланет находятся на малом расстоянии от своих звезд (из-за высокой температуры атмосферы их называют "горячими юпитерами"), что дает астрономам уникальный шанс не просто зафиксировать их существование по косвенным признакам, но и заметить его непосредственно, регистрируя небольшое уменьшение яркости звезды при прохождении планеты по ее диску. Подобную уникальную возможность впервые подарила ученым очень похожая на Солнце звезда HD209458, свет от которой идет до нас чуть дольше 150 лет. Вокруг этой звезды обращается планета (именуемая HD209458b или же "Осирис"), причем расстояние от звезды до планеты очень мало - всего шесть миллионов километров, так что период ее обращения вокруг своего светила близок к 3 суткам (для самой близкой к Солнцу планеты Солнечной системы, Меркурия, период обращения равен 88 суткам, а для нашего Юпитера он близок к 12 годам).

С помощью космического телескопа Хаббл несколько лет назад впервые удалось заметить небольшое (1.5 %) падение яркости звезды, связанное с прохождением планеты по диску (см. график в соответствеующем месте упомянутого материала "Экстрасолнечные планеты" - там идет речь именно об Осирисе). Эти наблюдения позволили уточнить параметры планеты: ее радиус близок к 100000 км (в 1.4 раза больше радиуса Юпитера), в то время как масса составляет всего лишь 0.7 массы Юпитера (примерно 1.3 x 10²¹ тонн). Но самое удивительное не это: в ходе последующих наблюдений удалось даже зафиксировать следы атмосферы Осириса - из-за того, что небольшая часть света от звезды доходит до нас, проходя через плотную нижнюю атмосферу планеты, оказалось возможным увидеть в спектре линии поглощения натрия.

Столь большая близость планеты к звезде порождает вопрос - что происходит с ее атмосферой (как и вообще атмосферами "горячих юпитеров"), является ли она стабильной (из-за большой массы планеты сила тяжести достаточно велика) или под действием интенсивного излучения звезды, разогревающего атмосферу, планета ее теряет? На первый взгляд, атмосфера должна быть стабильна: по оценкам, ее температура для Осириса составляет 1300 К, а, следовательно, скорости молекул и атомов недостаточно высоки, чтобы преодолеть силу тяжести и "вырваться на свободу". На самом деле не все так просто - говоря о температуре атмосферы, мы имеем в виду так называемую "эффективную температуру", или температуру нижних слоев атмосферы. Однако температура может сильно меняться с высотой, причем не только понижаться, но и повышаться. Так, для Земли и Юпитера эффективные температуры составляют 253 K и 150 K, соответственно, в то время как температуры очень разряженных верхних слоев атмосферы для этих планет примерно равны и близки к 1000 K. Причиной высокой температуры самых верхних слоев атмосферы является разогрев коротковолновым ультрафиолетовым излучением Солнца, поглощение которого приводит к диссоциации молекул и ионизации молекул и атомов. Для Осириса, находящегося в гораздо большей близости к своему "огнедышащему" светилу, разогрев излучением далекого ультафиолетового диапазона должен идти гораздо более интенсивно.

Рис.1. Результаты моделирования истекания водорода с Осириса при обращении вокруг своей звезды: слева - вид с Земли, справа - "комета" Осирис в другом ракурсе.

Для решения вопроса об устойчивости атмосферы Осириса был вновь привлечен незаменимый телескоп Хаббл: французские астрономы опять провели наблюдения прохождения по диску звезды, но только не в видимом диапазоне, а в дальнем ультрафиолете. А именно, наблюдения проводились в линии Лайман-альфа (длина волны - 1216 А), соответствующей переходу из первого возбужденного в основное состояние атома водорода. Оказалось, что в линии Лайман-альфа Осирис затмевает свое солнце гораздо более заметно - яркость звезды падает на 15 %, что соответствует размеру окружающего планету водородного облака примерно в 4.3 радиуса Юпитера. Поскольку размер (радиус) полости Роша (зоны, в пределах которой вещество удерживается притяжением планеты) для Осириса равен 3.6 радиуса Юпитера, то результаты наблюдений могут быть объяснены только в предположении, что планета непрерывно теряет вещество. Об этом же свидетельствует и ширина линии поглощения (из-за эффекта Доплера движение атомов водорода приводит к небольшому смещению энергии поглощаемых фотонов в ту или иную сторону) - на основании ее анализа можно сделать вывод, что атомы движутся со скоростями до 130 км/с, что превышает вторую космическую скорость на Осирисе (43 км/с).

Для того, чтобы оценить, как быстро Осирис "вылетает в трубу", французские ученые провели моделирование процесса прохождения планеты по диску звезды (рис.1). Видно, что Осирис напоминает гигантскую комету - за ним тянется длинный хвост из атомов водорода, который, вместе с гигантской комой, покрывает значительную часть светила. Красота, как известно, страшная сила, и стоит она довольно дорого - по оценкам ученых, Осирис должен терять каждую секунду как минимум 10 тысяч тонн вещества, чтобы можно было объяснить наблюдаемое падение яркости звезды. Температура верхних слоев атмосферы Осириса может достигать 7000 K, что уже достаточно для существования популяции "шустрых" атомов, способных преодолеть притяжение планеты.

Столь нерадостные оценки наверняка заставили бы обитателей Осириса, если бы они могли существовать, задуматься над вопросом "что же будет с Родиной и с нами?". Дать определенный ответ на этот вопрос пока достаточно трудно, но не исключено, что за время порядка миллиарда лет планета может испариться полностью. Врочем, существуют и более оптимистические варианты жизни "горячих юпитеров": в случае, если, подобно нашему Юпитеру, они имеют твердые ядра, дело может закончиться практическим полным испарением водорода. Тогда вместо газового гиганта вокруг звезды будет обращаться твердое ядро (остаток планеты размером с Нептун), окруженное неводородной атмосферой, либо практически лишенное атмосферы.

1. Alfred Vidal-Madjar and Alain Lacavelier des Etangs. e-print astro-ph/0312382; будет опубликовано в материалах Коллоквиума "Экстрасолнечные планеты: сегодня и завтра" в январе 2005 г.

Е.Онищенко