Планета земной группы , теллурическая планета или каменистая планета — это планета , состоящая в основном из силикатов , горных пород или металлов . В пределах Солнечной системы земными планетами, принятыми МАС, являются внутренние планеты, ближайшие к Солнцу : Меркурий , Венера , Земля и Марс . Среди астрономов, которые используют геофизическое определение планеты , два или три спутника планетарной массы — Луна Земли , Ио и иногда Европа — также могут считаться планетами земной группы. Иногда к ним также относятся крупные каменистые астероиды Паллада и Веста , хотя и редко. [1] [2] [3] Термины «земная планета» и «теллурическая планета» происходят от латинских слов, обозначающих Землю ( Terra и Tellus ), поскольку эти планеты по своей структуре похожи на Землю . Планеты земной группы обычно изучаются геологами , астрономами и геофизиками .
Планеты земной группы имеют твердую поверхность , что существенно отличает их от более крупных газообразных планет , которые в основном состоят из некоторой комбинации водорода , гелия и воды , находящихся в различных физических состояниях .
Все планеты земной группы в Солнечной системе имеют одинаковую базовую структуру: центральное металлическое ядро (в основном железное ) с окружающей силикатной мантией .
Крупный каменистый астероид 4 Веста имеет похожую структуру; возможно, то же самое относится и к меньшему астероиду 21 Лютеция . [4] Другой каменистый астероид 2 Паллада примерно такого же размера, как Веста, но значительно менее плотный; похоже, что он никогда не разделял ядро и мантию. Луна Земли и луна Юпитера Ио имеют структуры, похожие на структуры планет земной группы, но у Луны Земли гораздо меньшее железное ядро. Другой спутник Юпитера Европа имеет похожую плотность, но имеет значительный слой льда на поверхности: по этой причине его иногда считают ледяной планетой .
Планеты земной группы могут иметь поверхностные структуры, такие как каньоны , кратеры , горы , вулканы и другие, в зависимости от присутствия в какой-либо момент времени эрозионной жидкости или тектонической активности, или и того, и другого.
Планеты земной группы имеют вторичные атмосферы , образованные вулканическим газовыделением или обломками кометных ударов. Это контрастирует с внешними , гигантскими планетами , чьи атмосферы являются первичными; первичные атмосферы были захвачены непосредственно из первоначальной солнечной туманности . [5]
В Солнечной системе есть четыре планеты земной группы в динамическом определении: Меркурий , Венера , Земля и Марс . Луна Земли, а также луны Юпитера Ио и Европа также учитываются геофизически, как и, возможно, крупные протопланеты-астероиды Паллада и Веста (хотя это пограничные случаи). Среди этих тел только Земля имеет активную поверхностную гидросферу . Считается, что Европа имеет активную гидросферу под своим ледяным слоем.
Во время формирования Солнечной системы было много земных планетезималей и протопланет , но большинство из них слились с четырьмя земными планетами или были выброшены ими, оставив только Палладу и Весту, которые выжили более или менее нетронутыми. Эти две планеты, вероятно, были карликовыми планетами в прошлом, но были выбиты из равновесия ударами. Некоторые другие протопланеты начали аккрецировать и дифференцироваться, но претерпели катастрофические столкновения, которые оставили только металлическое или каменистое ядро, как 16 Психея [4] или 8 Флора соответственно. [6] Многие астероиды S-типа [6] и M-типа могут быть такими фрагментами. [7]
Другие круглые тела от пояса астероидов наружу являются геофизически ледяными планетами . Они похожи на планеты земной группы тем, что имеют твердую поверхность, но состоят изо 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 линией снега формирования , где водяной лед был стабилен под прямыми солнечными лучами в ранней Солнечной системе. Сюда также входят другие круглые луны, которые представляют собой лед и камень (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, Мимас , Диона , Миранда , Ариэль , Тритон и Плутон). [8] [9] У Титана даже есть поверхностные тела из жидкости, хотя это жидкий метан , а не вода. Ганимед Юпитера, хотя и ледяной, имеет металлическое ядро, как у Луны, Ио, Европы и планет земной группы.
Название « земной мир» было предложено для обозначения всех твердых миров (тел, принимающих округлую форму), независимо от их состава. Таким образом, оно будет включать как земные, так и ледяные планеты. [10]
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 для оценки несжатой плотности по своей сути требуют модели структуры планеты. Там, где были посадочные модули или несколько орбитальных космических аппаратов, эти модели ограничены сейсмологическими данными, а также данными о моменте инерции, полученными из орбит космических аппаратов. Там, где такие данные недоступны, неопределенности неизбежно выше. [11]
Несжатые плотности округлых земных тел, непосредственно вращающихся вокруг Солнца, имеют тенденцию к снижению значений по мере увеличения расстояния от Солнца , что согласуется с температурным градиентом, который мог существовать в первичной солнечной туманности. Галилеевы спутники демонстрируют аналогичную тенденцию, идущую от Юпитера; однако, такая тенденция не наблюдается для ледяных спутников Сатурна или Урана. [12] 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 некоторым 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-скругленных объектов Солнечной системы и лун планетарной массы . Все расстояния от Солнца являются средними.
Большинство планет, обнаруженных за пределами Солнечной системы, являются планетами-гигантами, поскольку их легче обнаружить. [14] [15] [16] Но с 2005 года также были обнаружены сотни потенциально земных экзопланет, и несколько из них были подтверждены как земные. Большинство из них являются суперземлями , т. е. планетами с массой между массами Земли и Нептуна; суперземли могут быть газовыми планетами или земными, в зависимости от их массы и других параметров.
В начале 1990-х годов были обнаружены первые внесолнечные планеты, вращающиеся вокруг пульсара PSR B1257+12 , с массами в 0,02, 4,3 и 3,9 раза больше массы Земли, согласно данным пульсарной синхронизации .
Когда была обнаружена 51 Pegasi b , первая планета, обнаруженная вокруг звезды, все еще находящейся в процессе слияния , многие астрономы предположили, что это гигантская планета земного типа, [ необходима ссылка ], поскольку предполагалось, что ни один газовый гигант не может существовать так близко к своей звезде (0,052 а. е.), как 51 Pegasi b. Позже было обнаружено, что это газовый гигант.
В 2005 году были обнаружены первые планеты, вращающиеся вокруг звезды главной последовательности и имеющие признаки планет земной группы: Gliese 876 d и OGLE-2005-BLG-390Lb . Gliese 876 d вращается вокруг красного карлика Gliese 876 в 15 световых годах от Земли и имеет массу в семь-девять раз больше массы Земли, а период обращения составляет всего два земных дня. OGLE-2005-BLG-390Lb имеет массу примерно в 5,5 раз больше массы Земли и вращается вокруг звезды на расстоянии около 21 000 световых лет в созвездии Скорпиона. С 2007 по 2010 год было обнаружено три (возможно, четыре) потенциальных планеты земной группы, вращающихся в планетной системе Gliese 581 . Самая маленькая, Gliese 581e , весит всего около 1,9 массы Земли [17] , но вращается очень близко к звезде. [18] Две другие, Gliese 581c и спорная Gliese 581d , являются более массивными сверхземлями, вращающимися в обитаемой зоне звезды или близко к ней, поэтому они потенциально могут быть пригодными для жизни с температурами, подобными земным.
Еще одна возможно земная планета, HD 85512 b , была обнаружена в 2011 году; ее масса по меньшей мере в 3,6 раза больше массы Земли. [19] Радиус и состав всех этих планет неизвестны.
Первая подтверждённая экзопланета земного типа , Kepler-10b , была обнаружена в 2011 году космическим телескопом Kepler , специально разработанным для обнаружения планет размером с Землю вокруг других звёзд с использованием транзитного метода. [20]
В том же году команда миссии космического телескопа «Кеплер» опубликовала список из 1235 кандидатов на экзопланеты , включая шесть планет «размером с Землю» или «размером с суперземлю» (т. е. их радиус меньше радиуса Земли в два раза) [21] и находящихся в обитаемой зоне своей звезды. [22] С тех пор «Кеплер» открыл сотни планет размером от Луны до суперземель, и гораздо больше кандидатов в этом диапазоне размеров (см. изображение).
В 2016 году статистическое моделирование связи между массой и радиусом планеты с использованием закона сломанной степени, по-видимому, показало, что точка перехода между каменистыми, земными мирами и мини-Нептунами без определенной поверхности на самом деле очень близка к Земле и Венере, что говорит о том, что каменистые миры, намного большие, чем наш собственный, на самом деле довольно редки. [10] Это привело к тому, что некоторые выступили за отмену термина «суперземля» как вводящего в заблуждение с научной точки зрения. [23] С 2016 года каталог известных экзопланет значительно увеличился, и было опубликовано несколько уточнений модели масса-радиус. По состоянию на 2024 год ожидаемая точка перехода между каменистыми и планетами средней массы составляет примерно 4,4 массы Земли и примерно 1,6 радиуса Земли. [24]
В сентябре 2020 года астрономы, использующие методы микролинзирования, сообщили об обнаружении впервые планеты-изгоя с массой Земли (названной OGLE-2016-BLG-1928 ), не связанной ни с одной звездой и свободно плавающей в галактике Млечный Путь . [25] [26] [27]
Следующие экзопланеты имеют плотность не менее 5 г/см 3 и массу ниже массы Нептуна и, таким образом, весьма вероятно, имеют земную группу:
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-102d , Кеплер-113b, Кеплер-131b, Кеплер-131c , Кеплер-138c , Кеплер-406b, Кеплер-406c, Кеплер-409b .
В 2013 году астрономы сообщили, основываясь на данных космической миссии «Кеплер» , что в обитаемых зонах звезд , подобных Солнцу, и красных карликов в пределах Млечного Пути может вращаться до 40 миллиардов планет размером с Землю и сверхземлю . [28] [29] [30] Одиннадцать миллиардов из этих предполагаемых планет могут вращаться вокруг звезд, подобных Солнцу. [31] По словам ученых, ближайшая такая планета может находиться на расстоянии 12 световых лет. [28] [29] Однако это не дает оценок количества внесолнечных планет земной группы, поскольку существуют планеты размером с Землю, которые, как было показано, являются газовыми планетами (см. Kepler-138d ). [32]
Оценки показывают, что около 80% потенциально обитаемых миров покрыты сушей, а около 20% — океаническими планетами. Планеты с рационами, более похожими на рационы Земли, которая состояла на 30% из суши и на 70% из океана, составляют лишь 1% этих миров. [33]
Было предложено несколько возможных классификаций твердых планет. [34]