Планета — большое округлое астрономическое тело , не являющееся ни звездой , ни ее остатком . Наилучшей доступной теорией формирования планет является небулярная гипотеза , которая утверждает, что межзвездное облако выпадает из туманности , образуя молодую протозвезду , вращающуюся вокруг протопланетного диска . Планеты растут в этом диске за счет постепенного накопления материала под действием гравитации. Этот процесс называется аккрецией . В Солнечной системе есть как минимум восемь планет: планеты земной группы Меркурий , Венера , Земля и Марс , а также планеты-гиганты Юпитер , Сатурн , Уран и Нептун .
Слово « планета» , вероятно, происходит от греческого planḗtai, что означает «странники». В древности это слово относилось к Солнцу , Луне и пяти точкам света, видимым невооруженным глазом, которые двигались по фону звезд, а именно Меркурию, Венере, Марсу, Юпитеру и Сатурну. Планеты исторически имели религиозные ассоциации: многие культуры отождествляли небесные тела с богами, и эти связи с мифологией и фольклором сохраняются в схемах наименования недавно открытых тел Солнечной системы. Сама Земля была признана планетой, когда гелиоцентризм вытеснил геоцентризм в 16 и 17 веках.
С развитием телескопа значение слова «планета» расширилось и теперь включает объекты, видимые только с посторонней помощью: спутники планет за пределами Земли; ледяные гиганты Уран и Нептун; Церера и другие тела, позже признанные частью пояса астероидов ; и Плутон , который позже оказался крупнейшим членом коллекции ледяных тел, известной как пояс Койпера . Открытие других крупных объектов в поясе Койпера, в частности Эриды , спровоцировало споры о том, как именно определить планету. Международный астрономический союз (МАС) принял стандарт, по которому квалифицируются четыре земных существа и четыре гиганта, поместив Цереру, Плутон и Эриду в категорию карликовых планет , [1] [2] [3] , хотя многие планетологи продолжают применять термин «планета» в более широком смысле. [4]
Дальнейшие достижения астрономии привели к открытию более пяти тысяч планет за пределами Солнечной системы, называемых экзопланетами . Они часто демонстрируют необычные особенности, которых нет у планет Солнечной системы, например, горячие Юпитеры — планеты-гиганты, вращающиеся близко к своим родительским звездам, например 51 Пегаса b , — и чрезвычайно эксцентричные орбиты, такие как HD 20782 b . Открытие коричневых карликов и планет крупнее Юпитера также спровоцировало дебаты по поводу определения того, где именно провести границу между планетой и звездой. Было обнаружено множество экзопланет, вращающихся по орбитам в обитаемых зонах своих звезд, но Земля остается единственной известной планетой, на которой существует жизнь .
Представление о планетах развивалось на протяжении всей своей истории, от божественных огней древности до земных объектов научной эпохи. Эта концепция расширилась и теперь включает миры не только Солнечной системы, но и множества других внесолнечных систем. Консенсус относительно того, что считать планетой, а не другими объектами, менялся несколько раз. Ранее в него входили астероиды , спутники и карликовые планеты, такие как Плутон , [5] [6] [7] , и сегодня по-прежнему существуют некоторые разногласия. [7]
Пять классических планет Солнечной системы , видимые невооруженным глазом, известны с древних времен и оказали значительное влияние на мифологию , религиозную космологию и древнюю астрономию . В древние времена астрономы отмечали, как по небу перемещались определенные огни, в отличие от « неподвижных звезд », которые сохраняли постоянное относительное положение на небе. [8] Древние греки называли эти огни πλάνητες ἀστέρες ( planetes asteres , «блуждающие звезды») или просто πλανῆται ( planetai , «странники»), [9] от чего произошло сегодняшнее слово «планета». [10] [11] [12] В древней Греции , Китае , Вавилоне и вообще во всех досовременных цивилизациях, [13] [14] почти повсеместно считалось, что Земля является центром Вселенной и что все «планеты "Обогнул Землю. Причинами такого восприятия были тот факт, что звезды и планеты, по-видимому, вращались вокруг Земли каждый день [15] , а также очевидное здравое представление о том, что Земля тверда и стабильна и что она не движется, а находится в состоянии покоя. [16]
Первой известной цивилизацией, имевшей функциональную теорию планет, были вавилоняне , жившие в Месопотамии в первом и втором тысячелетиях до нашей эры. Самый старый сохранившийся планетарный астрономический текст — это вавилонская табличка с изображением Венеры Аммисадуки , копия списка наблюдений за движением планеты Венера VII века до нашей эры, которая, вероятно, датируется еще вторым тысячелетием до нашей эры. [17] МУЛ.АПИН — это пара клинописных табличек, датируемых 7 веком до нашей эры , на которых изображено движение Солнца, Луны и планет в течение года. [18] Поздневавилонская астрономия является источником западной астрономии и всех западных усилий в области точных наук . [19] Энума ану энлил , написанная в неоассирийский период в 7 веке до нашей эры, [20] включает в себя список предзнаменований и их взаимосвязей с различными небесными явлениями, включая движение планет. [21] [22] Венера , Меркурий и внешние планеты Марс , Юпитер и Сатурн были идентифицированы вавилонскими астрономами . Они оставались единственными известными планетами до изобретения телескопа в начале нового времени. [23]
Древние греки изначально не придавали планетам такого большого значения, как вавилоняне. В VI и V веках до нашей эры пифагорейцы , по-видимому, разработали свою собственную независимую планетарную теорию , которая состояла из Земли, Солнца, Луны и планет, вращающихся вокруг «Центрального огня» в центре Вселенной. Говорят, что Пифагор или Парменид был первым, кто идентифицировал вечернюю звезду ( Гесперос ) и утреннюю звезду ( Фосфор ) как одно и то же ( Афродита , греческое слово, соответствующее латинской Венере ), [24] хотя это было давно известно в Месопотамии. . [25] [26] В 3 веке до нашей эры Аристарх Самосский предложил гелиоцентрическую систему, согласно которой Земля и планеты вращались вокруг Солнца. Геоцентрическая система оставалась доминирующей до Научной революции . [16]
К I веку до нашей эры, в эллинистический период , греки начали разрабатывать собственные математические схемы для предсказания положения планет. Эти схемы, основанные на геометрии, а не на арифметике вавилонян, в конечном итоге затмили теории вавилонян по сложности и полноте и объяснили большую часть астрономических движений, наблюдаемых с Земли невооруженным глазом. Эти теории получили свое наиболее полное выражение в Альмагесте, написанном Птолемеем во II веке нашей эры. Доминирование модели Птолемея было настолько полным, что оно вытеснило все предыдущие работы по астрономии и оставалось окончательным астрономическим текстом в западном мире на протяжении 13 столетий. [17] [27] Грекам и римлянам было семь известных планет, каждая из которых предположительно вращалась вокруг Земли в соответствии со сложными законами, изложенными Птолемеем. Это были, в порядке возрастания от Земли (в порядке Птолемея и с использованием современных названий): Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер и Сатурн. [12] [27] [28]
После падения Западной Римской империи астрономия получила дальнейшее развитие в Индии и средневековом исламском мире. В 499 году н.э. индийский астроном Арьябхата выдвинул планетарную модель, которая явно учитывала вращение Земли вокруг своей оси, которое он объясняет как причину кажущегося движения звезд на запад. Он также предположил, что орбиты планет имеют эллиптическую форму . [29] Последователи Арьябхаты были особенно сильны в Южной Индии , где, среди прочего, следовали его принципам суточного вращения Земли и на них был основан ряд второстепенных работ. [30]
Астрономия Золотого века ислама в основном развивалась на Ближнем Востоке , в Центральной Азии , Аль-Андалусе и Северной Африке , а затем на Дальнем Востоке и в Индии. Эти астрономы, как и эрудит Ибн аль-Хайсам , в целом принимали геоцентризм, хотя и оспаривали систему эпициклов Птолемея и искали альтернативы. Астроном X века Абу Саид ас-Сиджи признал, что Земля вращается вокруг своей оси. [31] В 11 веке транзит Венеры наблюдал Авиценна . [32] Его современник Аль-Бируни разработал метод определения радиуса Земли с использованием тригонометрии , который, в отличие от более старого метода Эратосфена , требовал только наблюдений на одной горе. [33]
С приходом научной революции и гелиоцентрической модели Коперника , Галилея и Кеплера использование термина «планета» изменилось с чего-то, что двигалось по небу относительно неподвижной звезды , на тело, вращающееся вокруг Солнца непосредственно ( первичная планета) или косвенно (вторичная планета или планета-спутник). Таким образом, Земля была добавлена в список планет [34] , а Солнце было удалено. Коперниканское число первичных планет сохранялось до 1781 года, когда Уильям Гершель открыл Уран . [35]
Когда в 17 веке были открыты четыре спутника Юпитера ( галилеевы спутники ) и пять спутников Сатурна, их считали «планетами-спутниками» или «вторичными планетами», вращающимися вокруг основных планет, хотя в последующие десятилетия они стали называться «планетами-спутниками» или «вторичными планетами», вращающимися вокруг основных планет. для краткости называются просто «спутниками». Примерно до 1920-х годов ученые обычно считали спутники планет также планетами, хотя среди неученых такое использование не было распространено. [7]
В первом десятилетии XIX века были открыты четыре новые планеты: Церера (в 1801 г.), Паллада (в 1802 г.), Юнона (в 1804 г.) и Веста (в 1807 г.). Вскоре стало очевидно, что они сильно отличаются от ранее известных планет: они находились в одной и той же области космоса, между Марсом и Юпитером ( пояс астероидов ), с иногда перекрывающимися орбитами. Это была область, где ожидалась только одна планета, и они были намного меньше, чем все остальные планеты; действительно, предполагалось, что это могли быть осколки распавшейся более крупной планеты. Гершель назвал их астероидами (от греческого «звездоподобные»), потому что даже в самые большие телескопы они напоминали звезды без различимого диска. [6] [36]
Ситуация была стабильной в течение четырех десятилетий, но в 1840-х годах было открыто еще несколько астероидов ( Астрея в 1845 году; Геба , Ирис и Флора в 1847 году; Метида в 1848 году; и Гигея в 1849 году). Каждый год открывались новые «планеты»; в результате астрономы начали составлять таблицы астероидов ( малых планет ) отдельно от больших планет и присваивать им номера вместо абстрактных планетарных символов , [6] хотя они продолжали считаться малыми планетами. [37]
Нептун был открыт в 1846 году , его положение было предсказано благодаря гравитационному влиянию на Уран. Поскольку орбита Меркурия, по-видимому, подверглась аналогичному воздействию, в конце 19 века считалось, что может существовать другая планета, даже ближе к Солнцу . Однако несоответствие между орбитой Меркурия и предсказаниями ньютоновской гравитации было вместо этого объяснено улучшенной теорией гравитации, общей теорией относительности Эйнштейна . [38] [39]
Плутон был открыт в 1930 году. После того, как первоначальные наблюдения привели к убеждению, что он больше Земли, [40] объект сразу же был принят как девятая большая планета. Дальнейший мониторинг показал, что тело на самом деле было намного меньше: в 1936 году Рэй Литтлтон предположил, что Плутон может быть сбежавшим спутником Нептуна , [41] , а Фред Уиппл предположил в 1964 году, что Плутон может быть кометой. [42] Открытие его большого спутника Харона в 1978 году показало, что масса Плутона составляет всего 0,2% массы Земли. [43] Поскольку он все еще был существенно более массивным, чем любой известный астероид, и поскольку в то время не было обнаружено никаких других транснептуновых объектов , Плутон сохранил свой планетарный статус, официально потеряв его только в 2006 году. [44] [45]
В 1950-х годах Джерард Койпер опубликовал работы о происхождении астероидов. Он признал, что астероиды обычно не имеют сферической формы, как считалось ранее, и что семейства астероидов являются остатками столкновений. Таким образом, он различал самые большие астероиды как «настоящие планеты» и меньшие как столкновительные фрагменты. Начиная с 1960-х годов, термин «малая планета» был в основном заменен термином «астероид», и упоминания об астероидах как о планетах в литературе стали редкими, за исключением трех геологически развитых: Цереры и реже Паллады и Весты. . [37]
Начало исследования Солнечной системы космическими зондами в 1960-х годах стимулировало возобновление интереса к планетарной науке. Примерно тогда произошел раскол в определениях спутников: ученые-планетологи начали пересматривать большие луны как тоже планеты, а астрономы, не являющиеся планетологами, обычно так не считали. [7] (Это не совсем то же самое, что определение, использованное в предыдущем столетии, в котором все спутники классифицировались как второстепенные планеты, даже некруглые, такие как Гиперион Сатурна или Фобос и Деймос Марса .) [46] [47]
В 1992 году астрономы Александр Вольщан и Дейл Фрайл объявили об открытии планет вокруг пульсара PSR B1257+12 . [48] Это открытие обычно считается первым окончательным обнаружением планетной системы вокруг другой звезды. Затем, 6 октября 1995 года, Мишель Майор и Дидье Кело из Женевской обсерватории объявили о первом окончательном обнаружении экзопланеты, вращающейся вокруг обычной звезды главной последовательности ( 51 Пегаса ). [49]
Открытие внесолнечных планет привело к еще одной двусмысленности в определении планеты: момент, в котором планета становится звездой. Многие известные внесолнечные планеты во много раз превышают массу Юпитера и приближаются к массе звездных объектов, известных как коричневые карлики . Коричневые карлики обычно считаются звездами из-за их теоретической способности синтезировать дейтерий , более тяжелый изотоп водорода . Хотя объекты, массивнее Юпитера в 75 раз, синтезируют простой водород, объекты с массой в 13 масс Юпитера могут синтезировать дейтерий. Дейтерий довольно редок, составляя менее 0,0026% водорода в галактике, и большинство коричневых карликов прекратили бы синтезировать дейтерий задолго до своего открытия, что сделало бы их фактически неотличимыми от сверхмассивных планет. [50]
С открытием во второй половине 20-го века большего количества объектов в Солнечной системе и крупных объектов вокруг других звезд возникли споры о том, что должно представлять собой планету. Были особые разногласия по поводу того, следует ли считать объект планетой, если он был частью отдельной популяции, такой как пояс , или если он был достаточно большим, чтобы генерировать энергию путем термоядерного синтеза дейтерия . [51] Еще больше усложняет ситуацию то, что тела, слишком маленькие, чтобы генерировать энергию путем синтеза дейтерия, могут образовываться в результате коллапса газовых облаков, точно так же, как звезды и коричневые карлики, вплоть до массы Юпитера: [52] таким образом, существовали разногласия относительно того, как следует учитывать сформированное тело. [51]
Все большее число астрономов выступает за рассекречивание Плутона как планеты, поскольку в 1990-х и начале 2000-х годов в одном и том же регионе Солнечной системы (поясе Койпера ) было обнаружено множество подобных объектов, приближающихся к его размеру . Было обнаружено, что Плутон — всего лишь одно «маленькое» тело среди тысяч населения. [51] Они часто ссылались на понижение астероидов как на прецедент, хотя это было сделано на основе их геофизических отличий от планет, а не на их нахождении в поясе. [7] Некоторые из более крупных транснептуновых объектов , таких как Квавар , Седна , Эрида и Хаумеа , [53] были провозглашены в популярной прессе как десятая планета . Объявление об Эриде в 2005 году, объекте на 27% более массивном, чем Плутон, создало толчок к официальному определению планеты, [51] поскольку рассмотрение Плутона как планеты логически потребовало бы, чтобы Эрида также считалась планетой. Поскольку существовали разные процедуры для присвоения названий планетам и непланетам, это создало неотложную ситуацию, поскольку по правилам Эрида не могла быть названа без определения того, что такое планета. [7] В то время также считалось, что размер, необходимый для того, чтобы транснептуновый объект стал круглым, был примерно таким же, как размер, необходимый для спутников планет-гигантов (диаметр около 400 км), цифра, которая могла бы предположил около 200 круглых объектов в поясе Койпера и еще тысячи за его пределами. [54] [55] Многие астрономы утверждали, что общественность не примет определение создания большого количества планет. [7]
Чтобы признать проблему, МАС приступил к созданию определения планеты и разработал его в августе 2006 года. Его определение сократило набор планет до восьми значительно более крупных тел, очистивших свои орбиты (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) и создал новый класс карликовых планет , первоначально содержащий три объекта (Церера, Плутон и Эрида). [56]
Это определение не использовалось и не было принято повсеместно. В планетарной геологии небесные объекты оценивались и определялись как планеты по геофизическим характеристикам . Ученые-планетологи больше интересуются планетарной геологией, чем динамикой, поэтому они классифицируют планеты на основе их геологических свойств. Небесное тело может приобрести динамическую (планетарную) геологию примерно при массе, необходимой для того, чтобы его мантия стала пластичной под собственным весом. Это приводит к состоянию гидростатического равновесия , когда тело приобретает стабильную круглую форму, которая согласно геофизическим определениям считается признаком планетарности. Например: [57]
тело субзвездной массы, которое никогда не подвергалось ядерному синтезу и обладает достаточной гравитацией, чтобы стать круглым благодаря гидростатическому равновесию, независимо от параметров его орбиты. [58]
В Солнечной системе эта масса обычно меньше массы, необходимой телу для выхода из орбиты; таким образом, некоторые объекты, которые считаются «планетами» по геофизическим определениям, не считаются таковыми по определению МАС, например Церера и Плутон. [3] (На практике требование гидростатического равновесия повсеместно смягчается до требования округления и уплотнения под действием самогравитации; Меркурий на самом деле не находится в гидростатическом равновесии [59] , но независимо от этого повсеместно включается в число планет.) [60] ] Сторонники таких определений часто утверждают, что местоположение не должно иметь значения и что планетарность должна определяться внутренними свойствами объекта. [3] Карликовые планеты были предложены как категория малых планет (в отличие от планетоидов как субпланетных объектов), и планетарные геологи продолжают рассматривать их как планеты, несмотря на определение МАС. [61]
Количество карликовых планет даже среди известных объектов точно не установлено. В 2019 году Гранди и др. на основании низкой плотности некоторых транснептуновых объектов среднего размера утверждал, что предельный размер, необходимый для достижения равновесия транснептуновым объектом, на самом деле намного больше, чем у ледяных спутников планет-гигантов, и составляет около 900 км. диаметр. [61] Существует общее мнение о Церере в поясе астероидов [62] и о восьми транснептунианах, которые, вероятно, пересекают этот порог – Квавар, Седна, Оркус , Плутон, Хаумеа , Эрида, Макемаке и Гонггонг . [63] Спектроскопия в ближнем инфракрасном диапазоне, проведенная космическим телескопом Джеймса Уэбба в 2022 году, позволяет предположить, что порог внутренней геохимии (который проявляется в присутствии легких углеводородов на поверхности этих объектов) несколько выше, и что даже Оркус (самый маленький из них) из этих восьми транснептунианцев) не является карликовой планетой, хотя остальные могли бы ею быть. [64]
Планетарные геологи могут отнести девятнадцать известных спутников планетарной массы к «планетам-спутникам», включая Луну Земли и Харон Плутона , как и астрономы раннего Нового времени. [3] [65] Некоторые идут еще дальше и включают в число планет относительно большие, геологически развитые тела, которые, тем не менее, не очень круглые сегодня, такие как Паллада и Веста; [3] округлые тела, полностью разрушенные ударами и вновь сросшиеся, как Гигея; [66] [67] [68] или даже все, по крайней мере, диаметром спутника Сатурна Мимаса , самого маленького спутника планетарной массы. (Сюда могут относиться даже объекты, которые не круглые, но больше Мимаса, например, спутник Нептуна Протей .) [3]
Определение МАС 2006 года представляет собой некоторые проблемы для экзопланет , поскольку формулировка специфична для Солнечной системы, а критерии округлости и зазора орбитальной зоны в настоящее время для экзопланет не наблюдаются. [69] Официального определения экзопланет не существует, но рабочая группа МАС по этой теме приняла предварительное заявление в 2018 году.
Астроном Жан-Люк Марго предложил математический критерий, определяющий, может ли объект покинуть свою орбиту в течение жизни своей родительской звезды, на основе массы планеты, ее большой полуоси и массы родительской звезды. [70] Эта формула дает значение π , которое для планет больше 1. [a] Восемь известных планет и все известные экзопланеты имеют значения π выше 100, тогда как Церера, Плутон и Эрида имеют значения π 0,1 или меньше. Ожидается, что объекты со значениями π 1 или более будут приблизительно сферическими, так что объекты, которые удовлетворяют требованию зазора орбитальной зоны вокруг звезд типа Солнца, также будут соответствовать требованию округлости. [71]
На заседании Генеральной ассамблеи МАС в 2006 году, после долгих дебатов и одного неудачного предложения, следующее определение было принято в резолюции, за которую проголосовало подавляющее большинство оставшихся на собрании, и в частности, касалось вопроса о нижних пределах небесного тела. объект, который будет определен как планета. Резолюция 2006 года определяет планеты Солнечной системы следующим образом: [1]
«Планета» [1] — это небесное тело внутри Солнечной системы, которое (а) находится на орбите вокруг Солнца, (б) имеет достаточную массу для того, чтобы его собственная гравитация могла преодолеть силы твердого тела и принять гидростатическое равновесие ( почти круглую) форму и (c) очистил окрестности вокруг своей орбиты.
[1] Восемь планет — это Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.
Согласно этому определению, Солнечная система состоит из восьми планет. Тела, которые удовлетворяют первым двум условиям, но не отвечают третьему, классифицируются как карликовые планеты при условии, что они не являются естественными спутниками других планет. Первоначально комитет МАС предложил определение, которое включало бы большее количество планет, поскольку оно не включало (c) в качестве критерия. [72] После долгих обсуждений путем голосования было решено, что эти тела следует классифицировать как карликовые планеты. [45]
Это определение основано на современных теориях формирования планет, в которых планетарные зародыши первоначально очищают окрестности своей орбиты от других более мелких объектов. Как описано ниже, планеты образуются в результате срастания материала в диске материи, окружающем протозвезду . В результате этого процесса образуется совокупность относительно крупных объектов, каждый из которых либо «снес», либо рассеял большую часть материала, вращавшегося вокруг него. Эти объекты не сталкиваются друг с другом, поскольку находятся слишком далеко друг от друга, иногда находясь в орбитальном резонансе . [73]
Определение МАС 2006 года представляет собой некоторые проблемы для экзопланет, поскольку формулировка специфична для Солнечной системы, а критерии округлости и зазора орбитальной зоны в настоящее время для экзопланет не наблюдаются. [69] Рабочая группа МАС по внесолнечным планетам (WGESP) выпустила рабочее определение в 2001 году и внесла в него поправки в 2003 году. [74] В 2018 году это определение было переоценено и обновлено по мере расширения знаний об экзопланетах. [74] Текущее официальное рабочее определение экзопланеты следующее: [75]
- Объекты с истинными массами ниже предельной массы для термоядерного синтеза дейтерия (в настоящее время рассчитанной как 13 масс Юпитера для объектов солнечной металличности), которые вращаются вокруг звезд, коричневых карликов или остатков звезд и имеют соотношение масс с центральным объектом ниже L4 . Нестабильность /L5 ( центральная M/M < 2/(25+ √ 621 ) являются «планетами» (независимо от того, как они образовались). Минимальная масса/размер, необходимая для того, чтобы внесолнечный объект считался планетой, должна быть такой же, как и у используется в нашей Солнечной системе.
- Субзвездные объекты с истинными массами выше предельной массы для термоядерного синтеза дейтерия являются «коричневыми карликами», независимо от того, как они образовались и где они расположены.
- Свободно плавающие объекты в молодых звездных скоплениях с массами ниже предельной массы для термоядерного синтеза дейтерия не являются «планетами», а являются «субкоричневыми карликами» (или какое-то другое название, которое наиболее подходит). [75]
МАС отметил, что можно ожидать, что это определение будет развиваться по мере совершенствования знаний. [75] В обзорной статье 2022 года, в которой обсуждается история и обоснование этого определения, предлагается удалить слова «в молодых звездных скоплениях» в пункте 3, поскольку такие объекты теперь обнаружены в других местах, и что термин «субкоричневые карлики» » следует заменить более современными «свободно плавающими объектами планетарной массы». [74]
Предел в 13 масс Юпитера не является общепринятым. Объекты с массой ниже этого предела иногда могут сжигать дейтерий, а количество сгоревшего дейтерия зависит от состава объекта. [76] [77] Кроме того, дейтерий довольно редок, поэтому стадия горения дейтерия на самом деле длится недолго; в отличие от горения водорода в звезде, горение дейтерия не оказывает существенного влияния на будущую эволюцию объекта. [78] Взаимосвязь между массой и радиусом (или плотностью) в этом пределе не имеет особых особенностей, согласно которым коричневые карлики имеют ту же физику и внутреннюю структуру, что и более легкие планеты-юпитеры, и их более естественно можно было бы считать планетами. [78] [79] Таким образом, многие каталоги экзопланет включают объекты тяжелее 13 масс Юпитера, иногда доходящие до 60 масс Юпитера. [80] [81] [82] [83] (Предел горения водорода и превращения в звезду составляет около 80 масс Юпитера.) [78] Ситуация со звездами главной последовательности использовалась в качестве аргумента в пользу такого всеобъемлющего определения «планета» также, поскольку они также сильно различаются по двум порядкам величин, которые они охватывают, по своей структуре, атмосферам, температуре, спектральным особенностям и, возможно, механизмам образования; тем не менее, все они рассматриваются как один класс, поскольку все они являются объектами гидростатического равновесия, подвергающимися ядерному горению. [78]
Геологи часто отвергают определение МАС, предпочитая считать круглыми спутниками и карликовыми планетами также планеты. Некоторые ученые, которые принимают определение «планеты» МАС, используют другие термины для тел, соответствующих геофизическим определениям планет, например, «мир». [7] Термин «объект планетарной массы» также использовался для обозначения неоднозначных ситуаций, касающихся экзопланет, таких как объекты с массой, типичной для планеты, которые свободно плавают или вращаются вокруг коричневого карлика, а не звезды. [74]
Названия планет различаются между планетами Солнечной системы и экзопланетами (планетами других планетных систем ). Внесолнечные планеты обычно называют в честь их родительской звезды и порядка их открытия в ее планетной системе, например, Проксима Центавра b .
Названия планет Солнечной системы (кроме Земли ) на английском языке произошли от практики наименования, последовательно разработанной вавилонянами , греками и римлянами в древности . Практика нанесения имен богов на планеты почти наверняка была заимствована у вавилонян древними греками, а затем у греков римлянами. Вавилоняне назвали Венеру в честь шумерской богини любви с аккадским именем Иштар ; Марс в честь их бога войны Нергала ; Меркурий в честь их бога мудрости Набу ; и Юпитер в честь их главного бога Мардука . [85] Между греческими и вавилонскими соглашениями об именах слишком много совпадений, чтобы они могли возникнуть отдельно. [17] Учитывая различия в мифологии, соответствие не было идеальным. Например, вавилонский Нергал был богом войны, и поэтому греки отождествляли его с Аресом. В отличие от Ареса, Нергал также был богом чумы и правителем подземного мира. [86] [87] [88]
В древней Греции два великих светила, Солнце и Луна, назывались Гелиосом и Селеной , двумя древними титаническими божествами; самая медленная планета, Сатурн, называлась Фаинон , светящийся; за ним следует Фаэтон , Юпитер, «яркий»; красная планета Марс была известна как Пирой , «огненный»; самая яркая, Венера, была известна как Фосфор , несущий свет; а мимолетная последняя планета, Меркурий, называлась Стилбон , сияющий. Греки относили каждую планету к одному из своего пантеона богов, олимпийцев и ранних титанов: [17]
Хотя современные греки все еще используют свои древние названия планет, другие европейские языки из-за влияния Римской империи , а затем и католической церкви , используют римские (латинские) названия, а не греческие. Римляне унаследовали протоиндоевропейскую мифологию, как и греки, и разделили с ними общий пантеон под разными именами, но римлянам не хватало богатых повествовательных традиций, которые греческая поэтическая культура дала своим богам . В более поздний период Римской республики римские писатели заимствовали большую часть греческих повествований и применили их к своему пантеону до такой степени, что они стали практически неотличимы. [89] Когда римляне изучали греческую астрономию, они дали планетам имена своих богов: Меркурий (Гермес), Венера (Афродита), Марс (Арес), Юпитер (Зевс) и Сатурн (Крон). Некоторые римляне, следуя верованию, возможно, зародившемуся в Месопотамии , но получившему развитие в эллинистическом Египте , считали, что семь богов, в честь которых были названы планеты, посменно заботились о делах на Земле. Порядок смены был Сатурн, Юпитер, Марс, Солнце, Венера, Меркурий, Луна (от самой дальней к ближайшей планете). [90] Таким образом, первый день начался Сатурном (1-й час), второй день — Солнцем (25-й час), за ним следовали Луна (49-й час), Марс, Меркурий, Юпитер и Венера. Поскольку каждый день был назван в честь бога, который его начал, такой порядок дней недели стал в римском календаре . [91] На английском языке суббота , воскресенье и понедельник являются прямыми переводами этих римских имен. Остальные дни были переименованы в честь Тив (вторник), Одина (среда), Тунора (четверг) и Фрича (пятница), англосаксонских богов , считавшихся похожими или эквивалентными Марсу, Меркурию, Юпитеру и Венере соответственно. [92]
Название Земли на английском языке не заимствовано из греко-римской мифологии. Поскольку планета была общепринятым только в 17 веке, [34] традиции называть ее в честь бога не существует. (То же самое верно, по крайней мере, в английском языке, в отношении Солнца и Луны, хотя они больше не считаются планетами.) Название происходит от древнеанглийского слова eorþe , которое означало «земля» и «грязь». как и сам мир. [93] Как и его эквиваленты в других германских языках , оно происходит в конечном счете от протогерманского слова erþō , что можно увидеть в английской земле , немецком Erde , голландском aarde и скандинавском jord . Во многих романских языках сохранилось старое римское слово terra (или его вариация), которое использовалось в значении «суша», а не «море». [94] Нероманские языки используют свои родные слова. Греки сохранили свое первоначальное название Γή (Ге) . [95]
Неевропейские культуры используют другие системы именования планет. Индия использует систему, основанную на Наваграхе , которая включает в себя семь традиционных планет, а также восходящие и нисходящие лунные узлы Раху и Кету . Планеты — это Сурья «Солнце», Чандра «Луна», Будха для Меркурия, Шукра («яркий») для Венеры, Мангала (бог войны) для Марса, Брихаспати (советник богов) для Юпитера и Шани (символический времени) для Сатурна. [96]
Коренные персидские названия большинства планет основаны на отождествлениях месопотамских богов с иранскими богами, аналогичных греческим и латинским именам. Меркурий — это Тир (персидский: تیر ) для западноиранского бога Тирии (покровителя писцов), аналогичного Набу; Венера — это Нахид ( ناهید ) для Анахиты ; Марс — это Бахрам ( بهرام ) для Веретрагны ; а Юпитер — это Ормоз ( هرمز ) для Ахура Мазды . Персидское название Сатурна, Кейван ( کیوان ), является заимствованием от аккадского слова «каджаману» , что означает «постоянный, устойчивый». [97]
Китай и страны Восточной Азии, исторически подверженные китайскому культурному влиянию (например, Япония, Корея и Вьетнам ), используют систему именования, основанную на пяти китайских элементах : вода (Меркурий水星 «водяная звезда»), металл (Венера金星 «металл»). звезда»), огонь (Марс 火星 «огненная звезда»), дерево (Юпитер 木星 «деревянная звезда») и земля (Сатурн 土星 «земная звезда»). [91] Имена Урана (天王星 «звезда-король неба»), Нептуна (海王星 «звезда-царь морского») и Плутона (冥王星 «король-звезда подземного мира») на китайском, корейском и японском языках представляют собой кальки , основанные на ролях эти боги в римской и греческой мифологии. [98] [99] [b] В 19 веке Александр Уайли и Ли Шанлань перевели названия первых 117 астероидов на китайский язык, и многие из их названий используются до сих пор, например, Церера (穀神星 «звезда богини зерна») , Паллада (智神星 «звезда богини мудрости»), Юнона (婚神星 «звезда богини брака»), Веста (灶神星 «звезда богини домашнего очага») и Гигея (健神星 «звезда богини здоровья»). [101] Такие переводы были распространены на некоторые более поздние малые планеты, включая некоторые карликовые планеты, открытые в 21 веке, например Хаумеа (妊神星 «звезда богини беременности»), Макемаке (鳥神星 «звезда богини-птицы») и Эрида (鬩神星 «звезда-богиня ссор»). Однако, за исключением более известных астероидов и карликовых планет, многие из них редки за пределами китайских астрономических словарей. [98]
В традиционной еврейской астрономии семь традиционных планет имеют (по большей части) описательные имена: Солнце — חמה Хамма или «горячая», Луна — לבנה Левана или «белая», Венера — כוכב נוגה Кохав Нога или «яркая планета», Меркурий — כוכב Кохав , или «планета» (учитывая отсутствие у него отличительных черт), Марс — מאדים Маадим , или «красный», а Сатурн — שבתאי Шаббатай , или «отдыхающий» (в ссылка на его медленное движение по сравнению с другими видимыми планетами). [102] Странным является Юпитер, называемый צדק Цедек или «справедливость». [102] Еврейские имена были выбраны для Урана (אורון Орон , «маленький свет») и Нептуна (רהב Раав , библейское морское чудовище) в 2009 году; [103] до этого названия «Уран» и «Нептун» были просто заимствованы. [104] Этимология арабских названий планет менее изучена. Ученые в основном согласны с Венерой (араб. الزهرة , аз-Зухара , «яркая» [105] ), Землей ( الأرض , аль-Ард , от того же корня, что и Эрец) и Сатурном ( زُحَل , Зухал , «удаляющийся»). « [106] ). Существует несколько предполагаемых этимологий Меркурия ( عُطَارِد , ʿUṭārid ), Марса ( اَلْمِرِّيخ , аль-Миррик ) и Юпитера ( المشتري , аль-Муштари ), но среди ученых нет единого мнения. [107] [108] [109] [110]
Когда в XVIII и XIX веках были открыты последующие планеты, Уран был назван в честь греческого божества , а Нептун — в честь римского (аналог Посейдона ). Первоначально астероиды также были названы из мифологии: Церера , Юнона и Веста — главные римские богини, а Паллада — эпитет главной греческой богини Афины, — но по мере того, как их открывалось все больше и больше, их сначала начали называть в честь более второстепенных богинь. , а мифологическое ограничение было снято, начиная с двадцатого астероида Массалия в 1852 году. [111] Плутону (названному в честь греческого бога подземного мира ) было дано классическое имя, поскольку на момент открытия он считался главной планетой. После того, как за пределами Нептуна было обнаружено больше объектов, были введены соглашения об именах в зависимости от их орбит: те, кто находится в резонансе 2:3 с Нептуном (плутино ) , получили имена из мифов подземного мира, а другие получили имена из мифов о творении. Большинство транснептуновых карликовых планет названы в честь богов и богинь других культур (например, Квавар назван в честь бога Тонгва ), за исключением Оркуса и Эриды, которые продолжили римскую и греческую схему. [112] [113]
Спутникам (включая спутники планетарной массы) обычно дают имена, связанные с их родительской планетой. Спутники Юпитера планетарной массы названы в честь четырех любовников Зевса (или других сексуальных партнеров); те, что принадлежат Сатурну, названы в честь братьев и сестер Кроноса, Титанов; те, что принадлежат Урану, названы в честь персонажей Шекспира и Поупа (первоначально именно из сказочной мифологии, [114] но это закончилось именем Миранды ). Спутник планетарной массы Нептуна Тритон назван в честь сына бога ; Спутник планетарной массы Плутона Харон назван в честь перевозчика мертвых , который перевозит души только что умерших в подземный мир (владения Плутона). [115]
Письменные символы Меркурия, Венеры, Юпитера, Сатурна и, возможно, Марса были прослежены до форм, обнаруженных в текстах позднегреческих папирусов. [116] Символы Юпитера и Сатурна идентифицируются как монограммы соответствующих греческих имен, а символ Меркурия — стилизованный кадуцей . [116]
По словам Энни Скотт Дилл Маундер , предшественники планетарных символов использовались в искусстве для изображения богов, связанных с классическими планетами. Планисфера Бьянкини , обнаруженная Франческо Бьянкини в 18 веке, но созданная во 2 веке, [117] показывает греческие персонификации планетарных богов, наполненные ранними версиями планетарных символов. У Меркурия есть кадуцей ; К ожерелью Венеры прикреплен шнур, соединенный с другим ожерельем; Марс, копье; Юпитер, посох; Сатурн, коса; Солнце — обруч с исходящими от него лучами ; и Луна, головной убор с прикрепленным полумесяцем. [118] Современные формы с крестиками впервые появились примерно в 16 веке. По словам Маундера, добавление крестов представляет собой «попытку придать христианский оттенок символам старых языческих богов». [118] Сама Земля не считалась классической планетой; его символ происходит от догелиоцентрического символа четырех сторон света . [119]
Когда были обнаружены другие планеты, вращающиеся вокруг Солнца, для них были изобретены символы. Самый распространенный астрономический символ Урана, ⛢, [120] был изобретен Иоганном Готфридом Кёлером и предназначался для обозначения недавно открытого металла платины . [121] [122] Альтернативный символ, ♅, был изобретен Жеромом Лаландом и представляет собой глобус с буквой H наверху, в честь первооткрывателя Урана Гершеля. [123] Сегодня ⛢ в основном используется астрономами, а ♅ — астрологами , хотя можно найти каждый символ в другом контексте. [120] Первые несколько астероидов имели аналогичные абстрактные символы, например, серп Цереры (⚳), копье Паллады (⚴), скипетр Юноны (⚵) и очаг Весты (⚶), но по мере того, как их число росло все дальше и дальше, эта практика прекратилась в пользу их нумерации. (Массалия, первый астероид, не названный в мифологии, также является первым астероидом, которому его первооткрыватель не присвоил символ.) [6] Символ Нептуна (♆) представляет собой трезубец бога . [122] Астрономическим символом Плутона является монограмма PL (♇), [124] хотя он стал менее распространенным после того, как определение МАС изменило классификацию Плутона. [125] После реклассификации Плутона НАСА использовало традиционный астрологический символ Плутона (⯓), планетарный шар над двузубцем Плутона . [125]
МАС не рекомендует использовать планетарные символы в современных журнальных статьях в пользу однобуквенных или (чтобы устранить неоднозначность Меркурия и Марса) двухбуквенных сокращений для главных планет. Символы Солнца и Земли, тем не менее, являются общими, поскольку масса Солнца , масса Земли и подобные единицы распространены в астрономии. [126] Другие планетарные символы сегодня чаще всего встречаются в астрологии. Астрологи воскресили старые астрономические символы для первых нескольких астероидов и продолжают изобретать символы для других объектов. [125] Юникод включает в себя некоторые относительно стандартные астрологические символы для малых планет, включая карликовые планеты, открытые в 21 веке, хотя астрономическое использование любого из них встречается редко. В частности, символ Эриды является традиционным из дискордианизма — религии, поклоняющейся богине Эриде. Остальные символы карликовых планет в основном представляют собой инициализмы (кроме Хаумеа) в местных письменностях культур, из которых они происходят; они также представляют что-то, связанное с соответствующим божеством или культурой, например, зияние Оркуса, лицо Макемаке или змеиный хвост Гонгуна. [125] [127]
Достоверно неизвестно, как устроены планеты. Преобладающая теория состоит в том, что они образуются при коллапсе туманности в тонкий диск газа и пыли. В ядре формируется протозвезда , окруженная вращающимся протопланетным диском . В результате аккреции (процесс липкого столкновения) частицы пыли в диске постепенно накапливают массу, образуя все более крупные тела. Образуются локальные концентрации массы, известные как планетезимали , которые ускоряют процесс аккреции, притягивая дополнительный материал своим гравитационным притяжением. Эти концентрации становятся все более плотными, пока не схлопываются внутрь под действием силы тяжести, образуя протопланеты . [128] После того, как планета достигает массы, несколько превышающей массу Марса, она начинает накапливать расширенную атмосферу, [129] значительно увеличивая скорость захвата планетезималей посредством атмосферного сопротивления . [130] [131] В зависимости от истории аккреции твердых тел и газа может возникнуть планета-гигант , ледяной гигант или планета земной группы . [132] [133] [134] Считается, что регулярные спутники Юпитера, Сатурна и Урана образовались аналогичным образом; [135] [136] однако Тритон , вероятно, был захвачен Нептуном, [137] а Луна Земли [138] и Харон Плутона могли образоваться в результате столкновений. [139]
Когда протозвезда выросла настолько, что воспламенилась и образовала звезду , уцелевший диск удаляется изнутри наружу в результате фотоиспарения , солнечного ветра , сопротивления Пойнтинга-Робертсона и других эффектов. [140] [141] После этого еще может быть много протопланет, вращающихся вокруг звезды или друг друга, но со временем многие из них столкнутся, либо образовав более крупную объединенную протопланету, либо высвободив материал для поглощения другими протопланетами. [142] Те объекты, которые стали достаточно массивными, захватят большую часть материи в своих орбитальных окрестностях и станут планетами. Протопланеты, избежавшие столкновений, могут стать естественными спутниками планет в процессе гравитационного захвата или остаться в поясах других объектов, став либо карликовыми планетами, либо малыми телами . [143] [144]
Энергетические воздействия меньших планетезималей (а также радиоактивный распад ) нагреют растущую планету, заставив ее, по крайней мере, частично расплавиться. Внутренняя часть планеты начинает различаться по плотности: материалы с более высокой плотностью опускаются к ядру. [145] Меньшие планеты земной группы теряют большую часть своей атмосферы из-за этой аккреции, но потерянные газы могут быть заменены выделением газов из мантии и последующим воздействием комет . [146] (Маленькие планеты потеряют всю атмосферу, которую они приобретут, с помощью различных механизмов спасения . [147] )
С открытием и наблюдением планетных систем вокруг звезд, отличных от Солнца, становится возможным уточнить, пересмотреть или даже заменить эту версию. Уровень металличности — астрономический термин, описывающий обилие химических элементов с атомным номером больше 2 ( гелий ), — по-видимому, определяет вероятность того, что у звезды будут планеты. [148] [149] Следовательно, звезда с богатым металлическим населением I , скорее всего, будет иметь солидную планетарную систему, чем бедная металлами звезда с населением II . [150]
Согласно определению МАС , в Солнечной системе есть восемь планет: [1] Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Юпитер — самый крупный, его масса составляет 318 земных масс, а Меркурий — самый маленький, его масса составляет 0,055 земной массы. [151]
Планеты Солнечной системы можно разделить на категории в зависимости от их состава. Земляне похожи на Землю, их тела в основном состоят из камня и металла: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Земля – самая большая планета земной группы. [152] Планеты -гиганты значительно массивнее земных: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. [152] Они отличаются от планет земной группы по составу. Газовые гиганты Юпитер и Сатурн состоят в основном из водорода и гелия и являются самыми массивными планетами Солнечной системы. Сатурн весит одну треть массы Юпитера и составляет 95 масс Земли. [153] Ледяные гиганты , Уран и Нептун, в основном состоят из материалов с низкой температурой кипения, таких как вода, метан и аммиак, с плотной атмосферой из водорода и гелия. Они имеют значительно меньшую массу, чем газовые гиганты (всего 14 и 17 земных масс). [153]
Карликовые планеты гравитационно округлены, но не очистили свои орбиты от других тел . В порядке возрастания среднего расстояния от Солнца астрономы обычно соглашаются с Церерой , Оркусом , Плутоном , Хаумеа , Кваваром , Макемаке , Гонгонгом , Эридой и Седной , [61] хотя в отношении Оркуса существуют некоторые сомнения. [64] Церера — крупнейший объект в поясе астероидов , расположенный между орбитами Марса и Юпитера. Остальные восемь находятся на орбите за пределами Нептуна. Оркус, Плутон, Хаумеа, Квавар и Макемаке вращаются в поясе Койпера , который является вторым поясом малых тел Солнечной системы за орбитой Нептуна. Гонгонг и Эрида вращаются в рассеянном диске , который находится несколько дальше и, в отличие от пояса Койпера, неустойчив к взаимодействиям с Нептуном. Седна — крупнейший из известных отдельно стоящих объектов , популяция которого никогда не приближается к Солнцу достаточно близко, чтобы взаимодействовать с какой-либо из классических планет; происхождение их орбит до сих пор обсуждается. Все девять похожи на планеты земной группы тем, что имеют твердую поверхность, но они состоят из льда и камня, а не из камня и металла. Более того, все они меньше Меркурия: Плутон — самая большая известная карликовая планета, а Эрида — самая массивная из известных. [154] [155]
Существует по крайней мере девятнадцать спутников планетарной массы или планет-спутников — спутников, достаточно больших, чтобы принимать эллипсоидную форму: [3]
Луна, Ио и Европа имеют состав, аналогичный планетам земной группы; остальные состоят из льда и камня, как карликовые планеты, а Тетис состоит почти из чистого льда. (Однако Европу часто считают ледяной планетой, поскольку ее поверхностный слой льда затрудняет изучение ее недр. [3] [156] ) Ганимед и Титан больше Меркурия по радиусу, а Каллисто почти равна ему, но все три гораздо менее массивны. Мимас — самый маленький объект, который, как принято считать, является геофизической планетой , его масса составляет примерно шесть миллионных земной массы, хотя существует множество более крупных тел, которые не могут быть геофизическими планетами (например, Салация ). [61]
В таблицах ниже суммированы некоторые свойства объектов, которые, по общему мнению, удовлетворяют определениям геофизических планет. Есть много меньших кандидатов на роль карликовых планет , таких как Салация, которые не были включены в таблицы, поскольку астрономы расходятся во мнениях относительно того, являются ли они карликовыми планетами. (Существует также некоторое сомнение в отношении Оркуса, но его принимают достаточно часто, чтобы включить его для сравнения.) Точно так же исключаются такие объекты, как Паллада и Веста, которые развивали планетарную геологию, но больше не имеют круглой формы, хотя некоторые авторы включают их независимо. Диаметры, массы, орбитальные периоды и периоды вращения главных планет можно получить в Лаборатории реактивного движения . [151] JPL также предоставляет свои большие полуоси, наклоны и эксцентриситеты планетных орбит, [157] а наклоны осей взяты из их базы данных Horizons. [158] Прочая информация обобщена НАСА. [159] Данные по карликовым планетам и спутникам планетарной массы взяты из списка гравитационно округленных объектов Солнечной системы с перечисленными там источниками.
Поскольку все спутники планетарной массы демонстрируют синхронное вращение, периоды их вращения равны периодам их обращения.
Экзопланета (внесолнечная планета) — планета за пределами Солнечной системы. По состоянию на 1 февраля 2024 года в 4136 планетных системах имеется 5606 подтвержденных экзопланет , при этом в 889 системах имеется более одной планеты . [161] Размеры известных экзопланет варьируются от газовых гигантов, примерно в два раза превышающих размер Юпитера , до размеров чуть больше Луны . Анализ данных гравитационного микролинзирования предполагает, что на каждую звезду Млечного Пути в среднем приходится минимум 1,6 связанных планет. [162]
В начале 1992 года радиоастрономы Александр Вольщан и Дейл Фрайл объявили об открытии двух планет, вращающихся вокруг пульсара PSR 1257+12 . [48] Это открытие было подтверждено и обычно считается первым окончательным обнаружением экзопланет. Исследователи подозревают, что они образовались из остатков диска, оставшегося от сверхновой , породившей пульсар. [163]
Первое подтвержденное открытие внесолнечной планеты, вращающейся вокруг обычной звезды главной последовательности, произошло 6 октября 1995 года, когда Мишель Майор и Дидье Кело из Женевского университета объявили об открытии 51 Пегаси b , экзопланеты около 51 Пегаса . [164] С тех пор и до миссии «Кеплер» наиболее известными внесолнечными планетами были газовые гиганты, сравнимые по массе с Юпитером или больше, поскольку их было легче обнаружить. Каталог планет-кандидатов на Кеплер состоит в основном из планет размером с Нептун и меньше, вплоть до меньшего, чем Меркурий. [165] [166]
В 2011 году команда космического телескопа «Кеплер» сообщила об открытии первых внесолнечных планет размером с Землю, вращающихся вокруг звезды, похожей на Солнце , Kepler-20e и Kepler-20f . [167] [168] [169] С тех пор было идентифицировано более 100 планет примерно такого же размера, как Земля , 20 из которых вращаются в обитаемой зоне своей звезды – диапазоне орбит, в котором могла бы находиться планета земной группы. поддерживать жидкую воду на своей поверхности при достаточном атмосферном давлении. [170] [171] [172] Считается, что каждая пятая звезда, похожая на Солнце, имеет в своей обитаемой зоне планету размером с Землю, что предполагает, что ближайшая к ней планета, как ожидается, будет находиться на расстоянии не более 12 световых лет от Земли. [c] Частота появления таких планет земной группы является одной из переменных в уравнении Дрейка , которое оценивает количество разумных, общающихся цивилизаций , существующих в Млечном Пути . [175]
Есть типы планет, которых нет в Солнечной системе: суперземли и мини-нептуны , массы которых находятся между массами Земли и Нептуна. Ожидается, что объекты, масса которых примерно в два раза превышает массу Земли, будут скалистыми, как Земля; кроме того, они становятся смесью летучих веществ и газа, как Нептун. [79] Планета Глизе 581c , масса которой в 5,5–10,4 раза превышает массу Земли, [176] после своего открытия привлекла внимание тем, что потенциально находится в обитаемой зоне, [177] хотя более поздние исследования пришли к выводу, что на самом деле она слишком близка к своей звезда может быть обитаемой. [178] Известны также планеты более массивные, чем Юпитер, плавно переходящие в царство коричневых карликов. [78]
Были обнаружены экзопланеты, которые находятся намного ближе к своей родительской звезде, чем любая планета Солнечной системы к Солнцу. Меркурий, ближайшая к Солнцу планета, расположенная на расстоянии 0,4 а.е. , совершает оборот по орбите за 88 дней, но планеты со сверхкоротким периодом могут совершать оборот менее чем за день. В системе Кеплер -11 пять планет находятся на более коротких орбитах, чем у Меркурия, и все они намного массивнее Меркурия. Существуют горячие Юпитеры , такие как 51 Пегаси b, [164] которые вращаются очень близко к своей звезде и могут испариться, превратившись в хтонические планеты , которые представляют собой оставшиеся ядра. Есть также экзопланеты, которые находятся гораздо дальше от своей звезды. Нептун находится на расстоянии 30 а.е. от Солнца, и его обращение по орбите занимает 165 лет, но есть экзопланеты, которые находятся на расстоянии тысяч а.е. от своей звезды и обращаются по орбите более миллиона лет. например КОКОСЫ-2b . [179]
Хотя каждая планета имеет уникальные физические характеристики, между ними существует ряд общих черт. Некоторые из этих характеристик, такие как кольца или естественные спутники, пока наблюдаются только у планет Солнечной системы, тогда как другие обычно наблюдаются у внесолнечных планет. [180]
В Солнечной системе все планеты вращаются вокруг Солнца в том же направлении, в котором вращается Солнце: против часовой стрелки, если смотреть сверху на северный полюс Солнца. Было обнаружено , что по крайней мере одна внесолнечная планета, WASP-17b , вращается по орбите в направлении, противоположном вращению своей звезды. [181] Период одного оборота орбиты планеты известен как ее сидерический период или год . [182] Год планеты зависит от ее расстояния от звезды; чем дальше планета находится от своей звезды, тем большее расстояние она должна пройти и тем медленнее ее скорость, поскольку на нее меньше влияет гравитация звезды .
Орбита ни одной планеты не является идеально круглой, и, следовательно, расстояние каждой планеты от родительской звезды меняется в течение года. Ближайшее приближение к своей звезде называется ее периастром или перигелием в Солнечной системе, тогда как самое дальнее расстояние от звезды называется ее апастроном ( афелием ). Когда планета приближается к периастру, ее скорость увеличивается, поскольку она обменивает гравитационную потенциальную энергию на кинетическую энергию, точно так же, как падающий объект на Земле ускоряется при падении. По мере приближения планеты к апастрону ее скорость уменьшается, подобно тому, как объект, брошенный вверх на Земле, замедляется при достижении вершины своей траектории. [183]
Орбита каждой планеты очерчена набором элементов:
Планеты имеют разную степень наклона оси; они вращаются под углом к плоскости экваторов своих звезд . Это приводит к тому, что количество света, получаемого каждым полушарием, меняется в течение года; когда северное полушарие направлено в сторону от своей звезды, южное полушарие указывает на нее, и наоборот. Таким образом, на каждой планете есть времена года, что приводит к изменениям климата в течение года. Время, когда каждое полушарие находится дальше всего или ближе всего к своей звезде, называется солнцестоянием . Каждая планета имеет две планеты на своей орбите; когда в одном полушарии происходит летнее солнцестояние, когда день самый длинный, в другом — зимнее солнцестояние, когда день самый короткий. Различное количество света и тепла, получаемое каждым полушарием, создает ежегодные изменения погодных условий для каждой половины планеты. Наклон оси Юпитера очень мал, поэтому его сезонные колебания минимальны; У Урана, с другой стороны, наклон оси настолько велик, что он практически находится на боку, а это означает, что его полушария либо постоянно находятся в солнечном свете, либо постоянно в темноте во время его солнцестояний. [189] В Солнечной системе Меркурий, Венера, Церера и Юпитер имеют очень небольшие наклоны; Крайние — у Паллады, Урана и Плутона; а у Земли, Марса, Весты, Сатурна и Нептуна — умеренные. [190] [191] [192] [193] Среди внесолнечных планет наклон оси достоверно не известен, хотя считается, что большинство горячих Юпитеров имеют незначительный наклон оси из-за их близости к своим звездам. [194] Точно так же наклон осей лун планетарной массы близок к нулю, [195] с Луной Земли на 6,687° как самое большое исключение; [196] кроме того, осевой наклон Каллисто варьируется от 0 до примерно 2 градусов на временных масштабах в тысячи лет. [197]
Планеты вращаются вокруг невидимых осей, проходящих через их центры. Период вращения планеты известен как звездный день . Большинство планет Солнечной системы вращаются в том же направлении, что и вокруг Солнца, то есть против часовой стрелки, если смотреть сверху на северный полюс Солнца . Исключением являются Венера [198] и Уран [199] , которые вращаются по часовой стрелке, хотя крайний наклон оси Урана означает, что существуют разные мнения относительно того, какой из его полюсов является «северным» и, следовательно, вращается ли он по часовой стрелке или против часовой стрелки. [200] Независимо от того, какое соглашение используется, Уран вращается ретроградно относительно своей орбиты. [199]
Вращение планеты может быть вызвано несколькими факторами во время формирования. Чистый угловой момент может быть вызван вкладом отдельных угловых моментов сросшихся объектов. Аккреция газа планетами-гигантами способствует увеличению углового момента. Наконец, на последних этапах формирования планеты стохастический процесс протопланетной аккреции может случайным образом изменить ось вращения планеты. [201] Продолжительность дня между планетами сильно различается: Венере требуется 243 дня , чтобы вращаться, а планетам-гигантам — всего несколько часов. [159] Периоды вращения экзопланет неизвестны, но для горячих Юпитеров их близость к своим звездам означает, что они приливно заблокированы (то есть их орбиты синхронизированы с их вращением). Это означает, что они всегда показывают одно лицо своим звездам: одной стороной – вечный день, другой – вечную ночь. [202] Меркурий и Венера, ближайшие к Солнцу планеты, также демонстрируют очень медленное вращение: Меркурий приливно заперт в спин-орбитальном резонансе 3:2 (три вращения на каждые два оборота вокруг Солнца), [ 203] и Вращение Венеры может находиться в равновесии между приливными силами, замедляющими его, и атмосферными приливами, создаваемыми солнечным нагревом, ускоряющими его. [204] [205]
Все большие луны приливно привязаны к своим родительским планетам; [206] Плутон и Харон приливно привязаны друг к другу, [207] как Эрида и Дисномия, [208] и, вероятно, Оркус и его спутник Вант . [84] Другие карликовые планеты с известными периодами вращения вращаются быстрее, чем Земля; Хаумеа вращается так быстро, что превратилась в трехосный эллипсоид . [209] Экзопланета Тау Боэтис b и ее родительская звезда Тау Боэтис, по-видимому, взаимно приливно заблокированы. [210] [211]
Определяющей динамической характеристикой планеты, согласно определению МАС, является то, что она очистила свое окружение . Планета, очистившая свое окружение, накопила достаточно массы, чтобы собрать или смести все планетезимали на своей орбите. По сути, он вращается вокруг своей звезды изолированно, а не делит свою орбиту с множеством объектов аналогичного размера. Как описано выше, эта характеристика была включена в официальное определение планеты МАС в августе 2006 года. [1] Хотя на сегодняшний день этот критерий применим только к Солнечной системе, был обнаружен ряд молодых внесолнечных систем, в которых данные свидетельствуют о том, что в их околозвездных дисках происходит очищение орбит . [212]
Гравитация заставляет планеты придавать примерно сферическую форму, поэтому размер планеты можно грубо выразить средним радиусом (например, радиусом Земли или радиусом Юпитера ). Однако планеты не являются идеально сферическими; например, вращение Земли приводит к тому, что она слегка сплющивается на полюсах с выпуклостью вокруг экватора . [213] Таким образом, лучшим приближением формы Земли является сплюснутый сфероид , экваториальный диаметр которого на 43 километра (27 миль) больше диаметра между полюсами . [214] Как правило, форму планеты можно описать, указав полярный и экваториальный радиусы сфероида или указав опорный эллипсоид . На основании такой спецификации можно рассчитать сплющивание, площадь поверхности и объем планеты; его нормальную гравитацию можно вычислить, зная его размер, форму, скорость вращения и массу. [215]
Определяющей физической характеристикой планеты является то, что она достаточно массивна, чтобы сила ее собственной гравитации могла доминировать над электромагнитными силами , связывающими ее физическую структуру, что приводит к состоянию гидростатического равновесия . Фактически это означает, что все планеты имеют сферическую или сфероидальную форму. До определенной массы объект может иметь неправильную форму, но за пределами этой точки, которая варьируется в зависимости от химического состава объекта, гравитация начинает притягивать объект к его собственному центру массы, пока объект не превратится в сферу. [216]
Масса — главный атрибут, по которому планеты отличаются от звезд. В Солнечной системе не существует объектов между массами Солнца и Юпитера; но существуют экзопланеты такого размера. По оценкам, нижний предел массы звезды примерно в 75–80 раз превышает массу Юпитера ( MJ ). Некоторые авторы выступают за то, чтобы использовать это как верхний предел планетарности на том основании, что внутренняя физика объектов не меняется между примерно одной массой Сатурна (началом значительного самосжатия) и началом сгорания водорода и превращения его в красный карлик. звезда. [79] За пределами примерно 13 МДж (по крайней мере, для объектов с изотопным содержанием солнечного типа ) объект достигает условий, подходящих для ядерного синтеза дейтерия : это иногда отстаивается как граница, [75] даже несмотря на то, что горение дейтерия не происходит . существуют очень долго, и большинство коричневых карликов уже давно закончили сжигать свой дейтерий. [78] Это не является общепризнанным: Энциклопедия внесолнечных планет включает объекты до 60 МДж , [81] и Exoplanet Data Explorer до 24 МДж . [82]
Самая маленькая известная экзопланета с точно известной массой — PSR B1257+12A , одна из первых открытых внесолнечных планет, которая была обнаружена в 1992 году на орбите пульсара . Его масса примерно вдвое меньше массы планеты Меркурий. [217] Еще меньше — WD 1145+017 b , вращающаяся вокруг белого карлика; ее масса примерно равна массе карликовой планеты Хаумеа, и ее обычно называют малой планетой. [218] Самая маленькая известная планета, вращающаяся вокруг звезды главной последовательности, кроме Солнца, — это Kepler-37b , масса (и радиус), вероятно, немного больше, чем у Луны. [166] Самый маленький объект в Солнечной системе, который обычно считается геофизической планетой, - это спутник Сатурна Мимас с радиусом около 3,1% от земного и массой около 0,00063% от земной. [219] Меньшая луна Сатурна Феба , в настоящее время представляющая собой неправильное тело с радиусом 1,7% земного [220] и массой 0,00014% земной, [219] считается, что достигла гидростатического равновесия и дифференциации на ранних стадиях своей истории, прежде чем была разрушена ударами. . [221] Некоторые астероиды могут быть фрагментами протопланет , которые начали аккрецироваться и дифференцироваться, но пострадали от катастрофических столкновений, оставив сегодня только металлическое или каменное ядро, [222] [223] [224] или повторное накопление образовавшихся обломков. [68]
Каждая планета начинала свое существование в полностью жидком состоянии; на ранних стадиях формирования более плотные и тяжелые материалы опускались к центру, оставляя более легкие материалы у поверхности. Таким образом, каждая из них имеет дифференцированную внутреннюю часть, состоящую из плотного планетарного ядра, окруженного мантией , которая либо является, либо была жидкостью . Мантии планет земной группы запечатаны твердой корой , [225] но у планет-гигантов мантия просто сливается с верхними слоями облаков. Планеты земной группы имеют ядра из таких элементов, как железо и никель , и мантию из силикатов . Считается, что Юпитер и Сатурн имеют ядра из камня и металла, окруженные мантией из металлического водорода . [226] Уран и Нептун, меньшие по размеру, имеют каменное ядро, окруженное мантией из воды , аммиака , метана и других льдов . [227] Действие жидкости в ядрах этих планет создает геодинамо , которое генерирует магнитное поле . [225] Считается, что подобные процессы дифференциации происходили на некоторых крупных лунах и карликовых планетах, [61] хотя этот процесс не всегда мог быть завершен: Церера, Каллисто и Титан, по-видимому, дифференцировались не полностью. [228] [229] Астероид Веста, хотя и не является карликовой планетой, поскольку он пострадал от ударов из-за своей округлости, имеет дифференцированную внутреннюю часть [230] , аналогичную внутренней части Венеры, Земли и Марса. [224]
Все планеты Солнечной системы, за исключением Меркурия [231], имеют прочную атмосферу , поскольку их гравитация достаточно сильна, чтобы удерживать газы близко к поверхности. Самый большой спутник Сатурна Титан также имеет атмосферу, значительно более плотную, чем у Земли; [232] Крупнейший спутник Нептуна Тритон [233] и карликовая планета Плутон имеют более разреженную атмосферу. [234] Большие планеты-гиганты достаточно массивны, чтобы удерживать большое количество легких газов водорода и гелия, тогда как меньшие планеты теряют эти газы в космос . [235] Анализ экзопланет показывает, что порог способности удерживать эти легкие газы возникает примерно при2.0+0,7
−0,6 M E , так что Земля и Венера имеют размеры, близкие к максимальным для каменистых планет. [79]
Состав атмосферы Земли отличается от состава атмосферы других планет, потому что различные жизненные процессы, происходившие на планете, привели к появлению свободного молекулярного кислорода . [236] В атмосферах Марса и Венеры преобладает углекислый газ , но они сильно различаются по плотности: среднее поверхностное давление атмосферы Марса составляет менее 1% от земного (слишком низкое, чтобы позволить существовать жидкой воде), [236] 237] , в то время как среднее поверхностное давление атмосферы Венеры примерно в 92 раза превышает земное. [238] Вполне вероятно, что атмосфера Венеры возникла в результате безудержного парникового эффекта в ее истории, что сегодня делает ее самой горячей планетой по температуре поверхности, даже более горячей, чем Меркурий. [239] Несмотря на враждебные условия на поверхности, температура и давление на высоте около 50–55 км в атмосфере Венеры близки к земным условиям (единственное место в Солнечной системе за пределами Земли, где это так), и этот регион был предложен как правдоподобная основа для будущих исследований человечества. [240] Титан имеет единственную богатую азотом планетарную атмосферу в Солнечной системе, кроме земной. Подобно тому, как условия Земли близки к тройной точке воды, позволяющей ей существовать во всех трех состояниях на поверхности планеты, так и условия Титана находятся к тройной точке метана . [241]
На атмосферы планет влияет изменяющаяся инсоляция или внутренняя энергия, что приводит к формированию динамических погодных систем , таких как ураганы (на Земле), пылевые бури по всей планете (на Марсе), антициклон размером больше Земли на Юпитере ( называемое Большим Красным Пятном ), и дыры в атмосфере (на Нептуне). [189] Погодные условия, обнаруженные на экзопланетах, включают горячую область на HD 189733 b, в два раза превышающую размер Большого Красного Пятна, [242] а также облака на горячем Юпитере Кеплер-7b , [243] суперземлю Глизе 1214 b. , и другие. [244] [245]
Было показано, что горячие юпитеры из-за своей крайней близости к своим звездам теряют свою атмосферу в космос из-за звездного излучения, во многом подобно хвостам комет. [246] [247] Эти планеты могут иметь огромную разницу в температуре между дневной и ночной сторонами, что приводит к возникновению сверхзвуковых ветров, [248] хотя на это влияет множество факторов, а детали атмосферной динамики, влияющие на разницу температур дня и ночи, сложны. . [249] [250]
Одной из важных характеристик планет являются их собственные магнитные моменты , которые, в свою очередь, порождают магнитосферы. Наличие магнитного поля указывает на то, что планета геологически все еще жива. Другими словами, намагниченные планеты имеют внутри себя потоки электропроводящего материала, которые генерируют магнитные поля. Эти поля существенно меняют взаимодействие планеты и солнечного ветра. Намагниченная планета создает вокруг себя полость солнечного ветра, называемую магнитосферой, сквозь которую ветер не может проникнуть. Магнитосфера может быть намного больше самой планеты. Напротив, ненамагниченные планеты имеют лишь небольшие магнитосферы, возникающие в результате взаимодействия ионосферы с солнечным ветром, которые не могут эффективно защитить планету. [251]
Из восьми планет Солнечной системы только Венера и Марс лишены такого магнитного поля. [251] Из намагниченных планет магнитное поле Меркурия самое слабое и едва способно отклонить солнечный ветер . Спутник Юпитера Ганимед имеет магнитное поле в несколько раз сильнее, а магнитное поле Юпитера является самым сильным в Солнечной системе (на самом деле настолько интенсивное, что оно представляет серьезный риск для здоровья будущих пилотируемых миссий на все его спутники внутри Каллисто [252] ). Магнитные поля других планет-гигантов, измеренные на их поверхности, по силе примерно аналогичны земным, но их магнитные моменты значительно больше. Магнитные поля Урана и Нептуна сильно наклонены относительно осей вращения планет и смещены от центров планет. [251]
В 2003 году группа астрономов на Гавайях, наблюдавшая за звездой HD 179949, обнаружила на ее поверхности яркое пятно, по-видимому, созданное магнитосферой вращающегося вокруг горячего Юпитера. [253] [254]
Некоторые планеты или карликовые планеты Солнечной системы (например, Нептун и Плутон) имеют орбитальные периоды, которые находятся в резонансе друг с другом или с меньшими телами. Это обычное явление в спутниковых системах (например, резонанс между Ио, Европой и Ганимедом вокруг Юпитера или между Энцеладом и Дионой вокруг Сатурна). Все, кроме Меркурия и Венеры, имеют естественные спутники , часто называемые «спутниками». У Земли есть один, у Марса — два, а у планет-гигантов есть множество спутников в сложных системах планетарного типа. За исключением Цереры и Седны, известно, что все общепринятые карликовые планеты также имеют по крайней мере один спутник. Многие спутники планет-гигантов имеют особенности, сходные с таковыми у планет земной группы и карликовых планет, а некоторые изучались как возможные обиталища жизни (особенно Европа и Энцелад). [255] [256] [257] [258] [259]
Четыре планеты-гиганта вращаются вокруг планетарных колец различного размера и сложности. Кольца состоят в основном из пыли или твердых частиц, но могут содержать крошечные « луны », чья гравитация формирует и поддерживает их структуру. Хотя происхождение планетарных колец точно не известно, считается, что они являются результатом того, что естественные спутники упали ниже пределов Роша своих родительских планет и были разорваны приливными силами . [260] [261] Карликовые планеты Хаумеа [262] и Квавар также имеют кольца. [263]
Никаких вторичных характеристик вокруг внесолнечных планет не наблюдалось. Субкоричневый карлик Cha 110913-773444 , который был описан как планета-изгой , как полагают, вращается вокруг крошечного протопланетного диска , [264] а субкоричневый карлик OTS 44, как было показано, окружен значительным протопланетным диском. диск массой не менее 10 масс Земли. [265]
Греки, например, первоначально отождествляли утреннюю и вечернюю звезды с двумя отдельными божествами, Фосфором и Геспором соответственно. В Месопотамии, похоже, это признавалось еще в доисторические времена. Предполагая ее подлинность, цилиндрическая печать из коллекции Эрленмейера свидетельствует об этих знаниях на юге Ирака еще в период позднего Урука / Джемдет Насра, как и архаические тексты того периода. [...] Независимо от того, принимаете ли кто-то печать за подлинную, тот факт, что нет эпитетического различия между утренними и вечерними появлениями Венеры в любой более поздней месопотамской литературе, свидетельствует об очень, очень раннем признании этого явления.
Самый распространенный размер планеты, обнаруженной Кеплером, не существует в нашей Солнечной системе — мире размером между Землей и Нептуном — и нам еще многое предстоит узнать об этих планетах.
{{cite news}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
