Планета земной группы , теллурическая планета или каменистая планета — это планета , состоящая в основном из силикатных пород или металлов . В Солнечной системе планетами земной группы, принятыми МАС, являются внутренние планеты, ближайшие к Солнцу : Меркурий , Венера , Земля и Марс . Среди астрономов, использующих геофизическое определение планеты , два или три спутника планетарной массы — Луна Земли , Ио и иногда Европа — также могут считаться планетами земной группы. Большие скалистые астероиды Паллада и Веста иногда также включаются, хотя и редко. [1] [2] [3] Термины «планета земной группы» и «теллурическая планета» произошли от латинских слов, обозначающих Землю ( Terra и Tellus ), поскольку эти планеты по структуре похожи на Землю . Планеты земной группы обычно изучают геологи , астрономы и геофизики .
Планеты земной группы имеют твердую планетарную поверхность , что существенно отличает их от более крупных газообразных планет , которые состоят в основном из некоторой комбинации водорода , гелия и воды , существующих в различных физических состояниях .
Все планеты земной группы в Солнечной системе имеют одинаковую базовую структуру, например, центральное металлическое ядро (в основном железное ) с окружающей его силикатной мантией .
Похожую структуру имеет большой скалистый астероид 4 Веста ; возможно, то же самое делает и меньшая 21 Лютеция . [4] Другой скалистый астероид 2 Паллада примерно такого же размера, как Веста, но значительно менее плотный; похоже, что он никогда не различал ядро и мантию. Луна Земли и луна Юпитера Ио имеют структуру, аналогичную планетам земной группы, но Луна Земли имеет гораздо меньшее железное ядро. Другой спутник Юпитера, Европа, имеет аналогичную плотность, но имеет значительный слой льда на поверхности: по этой причине ее иногда считают ледяной планетой .
Планеты земной группы могут иметь поверхностные структуры, такие как каньоны , кратеры , горы , вулканы и другие, в зависимости от присутствия в любой момент эрозионной жидкости или тектонической активности или того и другого.
Планеты земной группы имеют вторичную атмосферу , возникающую в результате вулканического выделения газа или обломков от удара кометы. Это контрастирует с внешними планетами - гигантами , атмосфера которых является первичной; первичные атмосферы были захвачены непосредственно из исходной солнечной туманности . [5]
В Солнечной системе есть четыре планеты земной группы по динамическому определению: Меркурий , Венера , Земля и Марс . Луна Земли, а также спутники Юпитера Ио и Европа также могут учитываться с геофизической точки зрения, а также, возможно, большие протопланеты-астероиды Паллада и Веста (хотя это пограничные случаи). Среди этих тел только Земля имеет активную поверхностную гидросферу . Считается, что под слоем льда Европа имеет активную гидросферу.
Во время формирования Солнечной системы существовало множество планетезималей и протопланет земной группы , но большинство из них слились с четырьмя планетами земной группы или были выброшены ими, в результате чего более или менее нетронутыми остались только Паллада и Веста. Вероятно , в прошлом эти две планеты были карликовыми планетами , но в результате столкновений они были выведены из равновесия. Некоторые другие протопланеты начали аккрецировать и дифференцироваться, но подверглись катастрофическим столкновениям, в результате которых осталось только металлическое или каменное ядро, как, например, 16 Психея [4] или 8 Флора соответственно. [6] Такими фрагментами могут быть многие астероиды S-типа [6] и М-типа . [7]
Остальные круглые тела, расположенные дальше от пояса астероидов, представляют собой геофизически ледяные планеты . Они похожи на планеты земной группы тем, что имеют твердую поверхность, но состоят из льда и камня, а не из камня и металла. К ним относятся карликовые планеты, такие как Церера , Плутон и Эрида , которые сегодня встречаются только в регионах за пределами линии формирования снега , где водяной лед был устойчив под прямыми солнечными лучами в ранней Солнечной системе. Сюда также входят другие круглые спутники, которые представляют собой ледяные камни (например , Ганимед , Каллисто , Титан и Тритон ) или даже почти чистый (не менее 99%) лед ( Тетис и Япет ). Известно, что некоторые из этих тел имеют подповерхностные гидросферы (Ганимед, Каллисто, Энцелад и Титан), как Европа, и это также возможно для некоторых других (например, Церера, Диона , Миранда , Ариэль , Тритон и Плутон). [8] На поверхности Титана даже есть тела из жидкости, хотя это скорее жидкий метан , чем вода. Ганимед Юпитера, хотя и ледяной, имеет металлическое ядро, как Луна, Ио, Европа и планеты земной группы.
Название « мир терранов » было предложено для обозначения всех твердых миров (тел, принимающих округлую форму), независимо от их состава. Таким образом, в него войдут как земные, так и ледяные планеты. [9]
Несжатая плотность планеты земной группы — это средняя плотность, которую ее материалы имели бы при нулевом давлении . Большая несжатая плотность указывает на большее содержание металла. Несжатая плотность отличается от истинной средней плотности (также часто называемой «объемной» плотностью), поскольку сжатие внутри ядер планет увеличивает их плотность; средняя плотность зависит от размера планеты, распределения температуры и жесткости материала, а также от состава.
Расчеты по оценке несжатой плотности по своей сути требуют модели строения планеты. Там, где были спускаемые аппараты или космические корабли на нескольких орбитах, эти модели ограничиваются сейсмологическими данными, а также данными о моменте инерции, полученными с орбит космических кораблей. Там, где такие данные недоступны, неопределенности неизбежно возрастают. [10]
Несжатая плотность округлых земных тел, вращающихся непосредственно вокруг Солнца, имеет тенденцию к снижению значений по мере увеличения расстояния от Солнца , что соответствует температурному градиенту, который существовал бы внутри первичной солнечной туманности. Галилеевы спутники демонстрируют аналогичную тенденцию, удаляясь от Юпитера; однако для ледяных спутников Сатурна или Урана такой тенденции не наблюдается. [11] Ледяные миры обычно имеют плотность менее 2 г·см -3 . Эрида значительно плотнее (2,43 ± 0,05 г·см -3 ) и может быть в основном каменистым с небольшим количеством поверхностного льда, как Европа. [2] Неизвестно, будут ли внесолнечные планеты земной группы в целом следовать такой тенденции.
Данные в таблицах ниже в основном взяты из списка гравитационно-округленных объектов Солнечной системы и Луны планетарной массы . Все расстояния от Солнца являются средними.
Большинство планет, обнаруженных за пределами Солнечной системы, являются планетами-гигантами, поскольку их легче обнаружить. [13] [14] [15] Но с 2005 года были также обнаружены сотни потенциально земных внесолнечных планет, причем некоторые из них были подтверждены как земные. Большинство из них — суперземли , то есть планеты с массами между Землей и Нептуном; Суперземли могут быть газовыми планетами или земными, в зависимости от их массы и других параметров.
Вполне вероятно, что большинство известных суперземель на самом деле являются газовыми планетами, подобными Нептуну, поскольку исследование взаимосвязи между массой и радиусом экзопланет (и, следовательно, тенденций плотности) показывает точку перехода примерно при двух массах Земли. Это говорит о том, что именно в этой точке накапливаются значительные газовые оболочки. В частности, Земля и Венера, возможно, уже близки к максимально возможному размеру, при котором планета обычно может оставаться каменистой. [9] Исключения из этого правила расположены очень близко к своим звездам (и, таким образом, их летучие атмосферы выкипели бы). [16]
В начале 1990-х годов на орбите пульсара PSR B1257+12 были обнаружены первые внесолнечные планеты с массами в 0,02, 4,3 и 3,9 раза больше массы Земли по данным пульсара .
Когда была открыта 51 Пегаси b , первая планета, обнаруженная вокруг звезды, все еще находящейся в процессе термоядерного синтеза , многие астрономы предположили, что это гигантская земная планета, поскольку предполагалось , что ни один газовый гигант не может существовать так близко к ее звезде (0,052 а.е.). ), как это сделал 51 Пегас b. Позже выяснилось, что это газовый гигант.
В 2005 году были обнаружены первые планеты, вращающиеся вокруг звезды главной последовательности и показавшие признаки планет земной группы: Gliese 876 d и OGLE-2005-BLG-390Lb . Глизе 876 d вращается вокруг красного карлика Глизе 876 в 15 световых годах от Земли, имеет массу в семь-девять раз больше земной и период обращения всего два земных дня. OGLE-2005-BLG-390Lb имеет массу примерно в 5,5 раз больше Земли и вращается вокруг звезды на расстоянии около 21 000 световых лет в созвездии Скорпиона. С 2007 по 2010 год на орбитах внутри планетной системы Глизе 581 было обнаружено три (возможно, четыре) потенциальных планеты земной группы . Самая маленькая из них, Gliese 581e , имеет массу всего около 1,9 массы Земли [17] , но вращается очень близко к звезде. [18] Две другие, Gliese 581c и Gliese 581d , а также спорная планета, Gliese 581g , представляют собой более массивные суперземли, вращающиеся в обитаемой зоне звезды или близко к ней, поэтому они потенциально могут быть обитаемы вместе с Землей. -подобные температуры.
Другая, возможно, планета земной группы, HD 85512 b , была открыта в 2011 году; его масса как минимум в 3,6 раза больше массы Земли. [19] Радиус и состав всех этих планет неизвестны.
Первая подтвержденная экзопланета земного типа , Kepler-10b , была обнаружена в 2011 году миссией «Кеплер» , специально разработанной для обнаружения планет земного размера вокруг других звезд с использованием транзитного метода. [20]
В том же году команда космической обсерватории «Кеплер» опубликовала список из 1235 кандидатов на внесолнечные планеты , в том числе шесть, которые имеют размер «с Земли» или «сверхземли» (т. е. имеют радиус менее чем в два раза больше радиуса Земли). ) [21] и в обитаемой зоне своей звезды. [22] С тех пор Кеплер открыл сотни планет размером от Луны до суперземель, и еще много кандидатов в этом диапазоне размеров (см. Изображение).
В сентябре 2020 года астрономы, использующие методы микролинзирования , впервые сообщили об обнаружении планеты-изгоя земной массы (названной OGLE-2016-BLG-1928 ), не ограниченной какой-либо звездой и свободно плавающей в галактике Млечный Путь . [23] [24] [25]
Следующие экзопланеты имеют плотность не менее 5 г/см 3 и массу ниже Нептуна и, таким образом, весьма вероятно, являются земными:
Кеплер-10b , Кеплер-20b , Кеплер-36b , Кеплер-48d, Кеплер 68c, Кеплер -78b , Кеплер-89b , Кеплер- 93b , Кеплер-97b, Кеплер-99b, Кеплер-100b, Кеплер-101c, Кеплер-102b , Кеплер-102д , Кеплер-113б, Кеплер-131б, Кеплер-131с , Кеплер-138с , Кеплер-406б, Кеплер-406с, Кеплер-409б .
В 2013 году астрономы сообщили, основываясь на данных космической миссии Кеплера , что может существовать до 40 миллиардов планет размером с Землю и суперземлю, вращающихся по орбитам в обитаемых зонах солнцеподобных звезд и красных карликов в пределах Млечного Пути . [26] [27] [28] Одиннадцать миллиардов из этих предполагаемых планет могут вращаться вокруг звезд, подобных Солнцу. [29] По мнению учёных, ближайшая такая планета может находиться на расстоянии 12 световых лет от нас. [26] [27] Однако это не дает оценок количества внесолнечных планет земной группы, потому что есть планеты размером с Землю, которые, как было показано, являются газовыми планетами (см. Kepler-138d ). [30]
По оценкам, около 80% потенциально обитаемых миров покрыто сушей, а около 20% — планетами-океанами. Планеты с рационом, более похожим на земной, который на 30% состоит из суши и на 70% из океана, составляют лишь 1% этих миров. [31]
Было предложено несколько возможных классификаций твердых планет. [32]