Планета — это большое округлое астрономическое тело , которое, как правило, должно находиться на орбите вокруг звезды , звездного остатка или коричневого карлика , но само по себе таковым не является. [1] В Солнечной системе восемь планет по самому строгому определению этого термина: планеты земной группы Меркурий , Венера , Земля и Марс , а также планеты-гиганты Юпитер , Сатурн , Уран и Нептун . Лучшая из имеющихся теорий образования планет — это небулярная гипотеза , которая утверждает, что межзвездное облако коллапсирует из туманности , создавая молодую протозвезду, вращающуюся вокруг протопланетного диска . Планеты растут в этом диске за счет постепенного накопления материала под действием гравитации , процесс называется аккрецией .
Слово «планета» происходит от греческого πλανήται ( planḗtai ) « странники » . В древности это слово относилось к Солнцу , Луне и пяти точкам света, видимым невооруженным глазом, которые двигались на фоне звезд, а именно, Меркурию, Венере, Марсу, Юпитеру и Сатурну. Планеты исторически имели религиозные ассоциации: многочисленные 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-м и 17-м веках.
С развитием телескопа значение слова «планета» расширилось и теперь включает объекты, видимые только с помощью телескопа: луны 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 совокупности ледяных тел, известных как пояс Койпера . Открытие других крупных объектов в поясе Койпера, в частности Эриды , вызвало споры о том, как именно определить планету. В 2006 году Международный астрономический союз (МАС) принял определение планеты в Солнечной системе, поместив четыре планеты земной группы и четыре планеты-гиганта в категорию планет; Церера, Плутон и Эрида относятся к категории карликовых планет . [2] [3] [4] Тем не менее, многие планетологи продолжают применять термин «планета» в более широком смысле, включая карликовые планеты, а также округлые спутники, такие как Луна. [5]
Дальнейшие достижения в астрономии привели к открытию более пяти тысяч планет за пределами Солнечной системы, называемых экзопланетами . Они часто демонстрируют необычные особенности, которые не показывают планеты Солнечной системы, такие как горячие юпитеры — гигантские планеты, которые вращаются близко к своим родительским звездам, как 51 Pegasi b — и чрезвычайно эксцентричные орбиты , такие как HD 20782 b . Открытие коричневых карликов и планет больше Юпитера также вызвало дебаты по определению, относительно того, где именно провести границу между планетой и звездой. Было обнаружено несколько экзопланет, вращающихся в обитаемых зонах своих звезд (где жидкая вода потенциально может существовать на поверхности планеты ), но Земля остается единственной планетой, известной как поддерживающая жизнь .
Точно неизвестно, как образуются планеты. Преобладающая теория заключается в том, что они объединяются во время коллапса туманности в тонкий диск из газа и пыли. В ядре образуется протозвезда , окруженная вращающимся протопланетным диском . Благодаря аккреции (процессу липкого столкновения) частицы пыли в диске постоянно накапливают массу , образуя все более крупные тела. Образуются локальные концентрации массы, известные как планетезимали , и они ускоряют процесс аккреции, притягивая дополнительный материал своим гравитационным притяжением. Эти концентрации становятся все плотнее, пока не разрушатся внутрь под действием гравитации, образуя протопланеты . [6] После того, как планета достигает массы, несколько большей, чем масса Марса, она начинает накапливать протяженную атмосферу , [7] значительно увеличивая скорость захвата планетезималей посредством атмосферного сопротивления . [8] [9] В зависимости от истории аккреции твердых тел и газа может возникнуть гигантская планета , ледяной гигант или планета земного типа . [10] [11] [12] Считается, что регулярные спутники Юпитера, Сатурна и Урана образовались аналогичным образом; [13] [14] однако Тритон , скорее всего, был захвачен Нептуном, [15] а Луна Земли [16] и Харон Плутона могли образоваться в результате столкновений. [17]
Когда протозвезда вырастает настолько, что воспламеняется, образуя звезду, выживший диск удаляется изнутри наружу посредством фотоиспарения , солнечного ветра , сопротивления Пойнтинга-Робертсона и других эффектов. [18] [19] После этого все еще может быть много протопланет, вращающихся вокруг звезды или друг вокруг друга, но со временем многие из них столкнутся, либо образуя более крупную объединенную протопланету, либо высвобождая материал для поглощения другими протопланетами. [20] Те объекты, которые стали достаточно массивными, захватят большую часть материи в своих орбитальных окрестностях, чтобы стать планетами. Протопланеты, избежавшие столкновений, могут стать естественными спутниками планет посредством процесса гравитационного захвата или остаться в поясах других объектов, чтобы стать либо карликовыми планетами, либо малыми телами . [21] [22]
Энергичные удары более мелких планетезималей (а также радиоактивный распад ) нагреют растущую планету, заставив ее по крайней мере частично расплавиться. Внутренняя часть планеты начинает различаться по плотности, при этом материалы с более высокой плотностью опускаются к ядру . [23] Более мелкие планеты земной группы теряют большую часть своих атмосфер из-за этой аккреции, но потерянные газы могут быть заменены выделением газа из мантии и последующим ударом комет [24] (более мелкие планеты потеряют всю атмосферу, которую они приобретут через различные механизмы выхода [25] ).
С открытием и наблюдением планетных систем вокруг звезд, отличных от Солнца, становится возможным доработать, пересмотреть или даже заменить этот отчет. Уровень металличности — астрономический термин, описывающий обилие химических элементов с атомным числом больше 2 ( гелий ) — по-видимому, определяет вероятность того, что звезда будет иметь планеты. [26] [27] Следовательно, богатая металлами звезда населения I с большей вероятностью будет иметь существенную планетную систему, чем бедная металлами звезда населения II . [28]
Согласно определению МАС , в Солнечной системе восемь планет, которые (в порядке увеличения расстояния от Солнца): [2] Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Юпитер является самой большой, с массой 318 масс Земли , тогда как Меркурий является самой маленькой, с массой 0,055 масс Земли. [29]
Планеты Солнечной системы можно разделить на категории в зависимости от их состава. Планеты земной группы похожи на Землю, их тела в основном состоят из камня и металла: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Земля — самая большая планета земной группы. [30] Планеты-гиганты значительно массивнее планет земной группы: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. [30] Они отличаются от планет земной группы по составу. Газовые гиганты , Юпитер и Сатурн, в основном состоят из водорода и гелия и являются самыми массивными планетами в Солнечной системе. Сатурн на треть массивнее Юпитера, в 95 масс Земли. [31] Ледяные гиганты , Уран и Нептун, в основном состоят из материалов с низкой температурой кипения, таких как вода, метан и аммиак , с толстыми атмосферами из водорода и гелия. Они имеют значительно меньшую массу, чем газовые гиганты (всего 14 и 17 масс Земли). [31]
.jpg/1280px-Solar_System_true_color_(captions).jpg)
Карликовые планеты гравитационно округлены, но не очистили свои орбиты от других тел . В порядке возрастания среднего расстояния от Солнца, среди астрономов общепринятыми являются Церера , Орк , Плутон , Хаумеа , Квавар , Макемаке , Гонггон , Эрида и Седна . [32] [33] Церера является крупнейшим объектом в поясе астероидов , расположенном между орбитами Марса и Юпитера. Все остальные восемь вращаются за пределами Нептуна. Орк, Плутон, Хаумеа, Квавар и Макемаке вращаются в поясе Койпера , который является вторым поясом малых тел Солнечной системы за пределами орбиты Нептуна. Гонггон и Эрида вращаются в рассеянном диске , который находится несколько дальше и, в отличие от пояса Койпера, нестабилен по отношению к взаимодействиям с Нептуном. Седна — крупнейший известный отдельный объект , популяция, которая никогда не приближается к Солнцу достаточно близко, чтобы взаимодействовать с любой из классических планет; происхождение их орбит все еще обсуждается. Все девять похожи на планеты земной группы, имея твердую поверхность, но они состоят изо льда и камня, а не из камня и металла. Более того, все они меньше Меркурия, причем Плутон является крупнейшей известной карликовой планетой, а Эрида — самой массивной. [34] [35]
Существует по крайней мере девятнадцать лун планетарной массы или планет-спутников — лун, достаточно больших, чтобы иметь эллипсоидальную форму: [4]
Луна, Ио и Европа имеют состав, аналогичный планетам земной группы; остальные состоят из льда и камня, как и карликовые планеты, а Тефия состоит почти из чистого льда. Однако Европу часто считают ледяной планетой, поскольку ее поверхностный слой льда затрудняет изучение ее недр. [4] [36] Ганимед и Титан больше Меркурия по радиусу, а Каллисто почти равна ему, но все три гораздо менее массивны. Мимас — наименьший объект, который, как принято считать, является геофизической планетой , его масса составляет около шести миллионных массы Земли, хотя есть много более крупных тел, которые могут не быть геофизическими планетами (например, Салация ). [32]
Экзопланета — это планета за пределами Солнечной системы. По состоянию на 24 июля 2024 года в 4949 планетных системах было подтверждено 7026 экзопланет , причем в 1007 системах было более одной планеты . [38] Известные экзопланеты варьируются по размеру от газовых гигантов, примерно в два раза превышающих Юпитер, до чуть больше Луны . Анализ данных гравитационного микролинзирования предполагает, что в среднем на каждую звезду в Млечном Пути приходится минимум 1,6 связанных планет . [39]
В начале 1992 года радиоастрономы Александр Вольщан и Дейл Фрайл объявили об открытии двух планет, вращающихся вокруг пульсара PSR 1257+12 . [40] Это открытие было подтверждено и, как правило, считается первым окончательным обнаружением экзопланет. Исследователи подозревают, что они образовались из остатка диска, оставшегося от сверхновой, которая произвела пульсар. [41]
Первое подтвержденное открытие экзопланеты, вращающейся вокруг обычной звезды главной последовательности, произошло 6 октября 1995 года, когда Мишель Майор и Дидье Кело из Женевского университета объявили об обнаружении 51 Pegasi b , экзопланеты вокруг 51 Pegasi . [42] С тех пор и до миссии космического телескопа Kepler большинство известных экзопланет были газовыми гигантами, сопоставимыми по массе с Юпитером или больше, поскольку их было легче обнаружить. Каталог кандидатов на роль планет Kepler в основном состоит из планет размером с Нептун и меньше, вплоть до меньших, чем Меркурий. [43] [44]
В 2011 году команда космического телескопа Кеплер сообщила об открытии первых экзопланет размером с Землю, вращающихся вокруг звезды, похожей на Солнце , Kepler-20e и Kepler-20f . [45] [46] [47] С тех пор было идентифицировано более 100 планет, которые примерно такого же размера, как Земля , 20 из которых вращаются в обитаемой зоне своей звезды — диапазоне орбит, где планета земного типа может поддерживать жидкую воду на своей поверхности при условии достаточного атмосферного давления. [48] [49] [50] Считается, что каждая пятая звезда, похожая на Солнце, имеет планету размером с Землю в своей обитаемой зоне, что предполагает, что ближайшая, как ожидается, будет находиться в пределах 12 световых лет от Земли. [a] Частота появления таких планет земного типа является одной из переменных в уравнении Дрейка , которое оценивает количество разумных, общающихся цивилизаций , которые существуют в Млечном Пути. [53]
Существуют типы планет, которых нет в Солнечной системе: суперземли и мини-нептуны , массы которых находятся между массами Земли и Нептуна. Ожидается, что объекты, масса которых меньше массы Земли примерно в два раза, будут каменистыми, как Земля; за ее пределами они станут смесью летучих веществ и газа, как Нептун. [54] Планета Gliese 581c , масса которой в 5,5–10,4 раза больше массы Земли, [55] привлекла внимание после своего открытия тем, что потенциально находится в обитаемой зоне, [56] хотя более поздние исследования пришли к выводу, что на самом деле она слишком близка к своей звезде, чтобы быть пригодной для жизни. [57] Также известны планеты, более массивные, чем Юпитер, которые плавно переходят в область коричневых карликов. [58]
Были обнаружены экзопланеты, которые находятся гораздо ближе к своей родительской звезде, чем любая планета в Солнечной системе к Солнцу. Меркурий, ближайшая к Солнцу планета на расстоянии 0,4 а.е. , совершает один оборот за 88 дней, но планеты с ультракоротким периодом могут совершать один оборот менее чем за день. В системе Kepler-11 пять планет находятся на более коротких орбитах, чем у Меркурия, и все они намного массивнее Меркурия. Существуют горячие юпитеры , такие как 51 Pegasi b, [42], которые вращаются очень близко к своей звезде и могут испаряться, превращаясь в хтонические планеты , которые являются остаточными ядрами. Существуют также экзопланеты, которые находятся гораздо дальше от своей звезды. Нептун находится в 30 а.е. от Солнца и совершает один оборот за 165 лет, но есть экзопланеты, которые находятся в тысячах а.е. от своей звезды и совершают один оборот за миллион лет (например, COCONUTS-2b ). [59]
Хотя каждая планета имеет уникальные физические характеристики, между ними существует ряд общих черт. Некоторые из этих характеристик, такие как кольца или естественные спутники, пока наблюдались только у планет Солнечной системы, тогда как другие обычно наблюдаются у экзопланет. [60]
В Солнечной системе все планеты вращаются вокруг Солнца в том же направлении, в котором вращается Солнце : против часовой стрелки , если смотреть со стороны северного полюса Солнца. Было обнаружено, что по крайней мере одна экзопланета, WASP-17b , вращается в направлении, противоположном вращению своей звезды. [61] Период одного оборота планеты по орбите известен как ее сидерический период или год . [62] Год планеты зависит от ее расстояния от своей звезды; чем дальше планета от своей звезды, тем большее расстояние она должна пройти и тем медленнее ее скорость, поскольку на нее меньше влияет гравитация своей звезды .
Ни одна планета не имеет идеально круговой орбиты, и, следовательно, расстояние каждой из них от звезды-хозяина меняется в течение года. Ближайшее приближение к своей звезде называется ее периастроном , или перигелием в Солнечной системе, тогда как ее самое дальнее удаление от звезды называется ее апастроном ( афелием ). Когда планета приближается к периастрону, ее скорость увеличивается, поскольку она обменивает гравитационную потенциальную энергию на кинетическую энергию , так же как падающий объект на Земле ускоряется при падении. Когда планета приближается к апастрону, ее скорость уменьшается, так же как объект, брошенный вверх на Земле, замедляется, достигая вершины своей траектории . [63]
Орбита каждой планеты описывается набором элементов:
Планеты имеют различную степень наклона оси; они вращаются под углом к плоскости экваторов своих звезд. Это приводит к тому, что количество света, получаемое каждым полушарием, меняется в течение года; когда северное полушарие направлено от своей звезды, южное полушарие направлено к ней, и наоборот. Таким образом, у каждой планеты есть времена года , что приводит к изменению климата в течение года. Время, в которое каждое полушарие направлено дальше всего или ближе всего к своей звезде, известно как ее солнцестояние . У каждой планеты есть два времени года на ее орбите; когда в одном полушарии происходит летнее солнцестояние, когда его день самый длинный, в другом — зимнее солнцестояние, когда его день самый короткий. Различное количество света и тепла, получаемое каждым полушарием, создает ежегодные изменения в погодных условиях для каждой половины планеты. Наклон оси Юпитера очень мал, поэтому его сезонные колебания минимальны; Уран, с другой стороны, имеет настолько сильный наклон оси, что он фактически лежит на боку, что означает, что его полушария либо постоянно находятся на солнечном свете, либо постоянно в темноте около времени его солнцестояний . [69] В Солнечной системе Меркурий, Венера, Церера и Юпитер имеют очень маленькие наклоны; Паллада, Уран и Плутон имеют экстремальные наклоны; а Земля, Марс, Веста, Сатурн и Нептун имеют умеренные. [70] [71] [72] [73] Среди экзопланет наклоны осей точно не известны, хотя считается, что большинство горячих Юпитеров имеют пренебрежимо малый наклон оси из-за их близости к своим звездам. [74] Аналогично, наклоны осей лун планетарной массы близки к нулю, [75] за исключением Луны Земли с углом 6,687°; [76] Кроме того, наклон оси Каллисто колеблется от 0 до 2 градусов в масштабах тысяч лет. [77]
Планеты вращаются вокруг невидимых осей, проходящих через их центры. Период вращения планеты известен как звездный день . Большинство планет в Солнечной системе вращаются в том же направлении, в котором они вращаются вокруг Солнца, то есть против часовой стрелки, если смотреть со стороны северного полюса Солнца . Исключениями являются Венера [78] и Уран, [79] которые вращаются по часовой стрелке, хотя экстремальный наклон оси Урана означает, что существуют различные соглашения о том, какой из его полюсов является «северным», и, следовательно, вращается ли он по часовой стрелке или против часовой стрелки. [80] Независимо от того, какое соглашение используется, Уран имеет ретроградное вращение относительно своей орбиты. [79]
Вращение планеты может быть вызвано несколькими факторами во время формирования. Чистый угловой момент может быть вызван индивидуальными вкладами углового момента аккрецированных объектов. Аккреция газа гигантскими планетами вносит свой вклад в угловой момент. Наконец, на последних стадиях формирования планеты стохастический процесс протопланетной аккреции может случайным образом изменять ось вращения планеты. [81] Существует большая разница в продолжительности дня между планетами, причем Венере требуется 243 дня для вращения, а гигантским планетам всего несколько часов. [82] 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 вращениями). Это означает, что они всегда показывают одну сторону своим звездам, с одной стороны вечный день, с другой вечная ночь. [83] Меркурий и Венера, ближайшие к Солнцу планеты, также демонстрируют очень медленное вращение: Меркурий находится в приливном резонансе 3:2 спин-орбита (совершая три оборота за каждые два оборота вокруг Солнца), [84] а вращение Венеры может находиться в равновесии между приливными силами, замедляющими его, и атмосферными приливами, создаваемыми солнечным нагревом, ускоряющими его. [85] [86]
Все крупные луны приливно захвачены своими родительскими планетами; [87] Плутон и Харон приливно захвачены друг с другом, [88] как и Эрида и Дисномия, [89] и, вероятно, Орк и его луна Вант . [90] Другие карликовые планеты с известными периодами вращения вращаются быстрее Земли; Хаумеа вращается так быстро, что она деформировалась в трехосный эллипсоид . [91] Экзопланета Тау Волопас b и ее родительская звезда Тау Волопас, по-видимому, взаимно захвачены приливно. [92] [93]
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, она вращается вокруг своей звезды изолированно, в отличие от того, чтобы делить свою орбиту с множеством объектов схожего размера. Как описано выше, эта характеристика была предписана как часть официального определения планеты МАС в августе 2006 года. [2] Хотя на сегодняшний день этот критерий применим только к Солнечной системе, было обнаружено несколько молодых внесолнечных систем, в которых есть свидетельства того, что орбитальное очищение происходит в пределах их околозвездных дисков . [94]
Гравитация заставляет планеты принимать приблизительно сферическую форму, поэтому размер планеты можно приблизительно выразить средним радиусом (например, радиусом Земли или радиусом Юпитера ). Однако планеты не являются идеально сферическими; например, вращение Земли заставляет ее быть слегка сплющенной на полюсах с выпуклостью вокруг экватора . [95] Поэтому лучшим приближением формы Земли является сплющенный сфероид , экваториальный диаметр которого на 43 километра (27 миль) больше диаметра от полюса до полюса. [96] Как правило, форму планеты можно описать, указав полярный и экваториальный радиусы сфероида или указав референтный эллипсоид . Из такой спецификации можно вычислить сплющивание планеты, площадь поверхности и объем; ее нормальную гравитацию можно вычислить, зная ее размер, форму, скорость вращения и массу. [97]
Определяющей физической характеристикой планеты является то, что она достаточно массивна, чтобы сила ее собственной гравитации доминировала над электромагнитными силами , связывающими ее физическую структуру, что приводит к состоянию гидростатического равновесия . Это фактически означает, что все планеты являются сферическими или сфероидальными. До определенной массы объект может иметь неправильную форму, но за пределами этой точки, которая меняется в зависимости от химического состава объекта, гравитация начинает тянуть объект к его собственному центру масс, пока объект не схлопнется в сферу. [98]
Масса — это главный атрибут, по которому планеты отличаются от звезд. В Солнечной системе нет объектов с массой между массами Солнца и Юпитера, но есть экзопланеты такого размера. Нижний предел массы звезды оценивается примерно в 75–80 раз больше массы Юпитера ( МДж ). Некоторые авторы выступают за то , чтобы это использовалось в качестве верхнего предела для планетарности на том основании, что внутренняя физика объектов не меняется между приблизительно одной массой Сатурна ( начало значительного самосжатия) и началом горения водорода и превращения в красную карликовую звезду. [54] За пределами примерно 13 МДж (по крайней мере, для объектов с изотопным изотопным изобилием солнечного типа ) объект достигает условий, подходящих для ядерного синтеза дейтерия : это иногда выдвигалось в качестве границы, [99] хотя горение дейтерия длится недолго, и большинство коричневых карликов давно закончили сжигать свой дейтерий. [58] Это не является общепринятым: в энциклопедии экзопланет указаны объекты массой до 60 МДж , [100] а в Exoplanet Data Explorer — до 24 МДж . [101]
Самая маленькая известная экзопланета с точно известной массой — PSR B1257+12A , одна из первых обнаруженных экзопланет, которая была обнаружена в 1992 году на орбите пульсара . Ее масса примерно вдвое меньше массы планеты Меркурий. [102] Еще меньше — WD 1145+017 b , вращающаяся вокруг белого карлика; ее масса примерно равна массе карликовой планеты Хаумеа, и ее обычно называют малой планетой. [103] Самая маленькая известная планета, вращающаяся вокруг звезды главной последовательности, кроме Солнца, — Kepler-37b , с массой (и радиусом), которая, вероятно, немного больше, чем у Луны. [44] Самый маленький объект в Солнечной системе, который, по общему мнению, является геофизической планетой, — это луна Сатурна Мимас с радиусом около 3,1% от земного и массой около 0,00063% от земной. [104] Меньший спутник Сатурна Феба , в настоящее время представляющий собой неправильной формы тело с радиусом 1,7% от радиуса Земли [105] и массой 0,00014% от массы Земли [104] , как полагают, достиг гидростатического равновесия и дифференциации на ранней стадии своей истории, прежде чем был разрушен ударами. [106] Некоторые астероиды могут быть фрагментами протопланет , которые начали аккрецировать и дифференцироваться, но претерпели катастрофические столкновения, оставив сегодня только металлическое или каменистое ядро [107] [108] [109] или повторное накопление образовавшихся обломков. [110]
Каждая планета начала свое существование в полностью жидком состоянии; на раннем этапе формирования более плотные, тяжелые материалы опускались в центр, оставляя более легкие материалы вблизи поверхности. Поэтому каждая имеет дифференцированную внутреннюю часть, состоящую из плотного планетарного ядра, окруженного мантией , которая либо является, либо была жидкой . Мантии планет земной группы запечатаны в твердые корки , [111] но у планет-гигантов мантия просто смешивается с верхними слоями облаков. Планеты земной группы имеют ядра из таких элементов, как железо и никель , и мантии из силикатов . Считается, что Юпитер и Сатурн имеют ядра из камня и металла, окруженные мантиями из металлического водорода . [112] Уран и Нептун, которые меньше, имеют каменистые ядра, окруженные мантиями из воды, аммиака , метана и других льдов . [113] Жидкостное действие внутри ядер этих планет создает геодинамо , которое генерирует магнитное поле . [111] Считается, что подобные процессы дифференциации происходили на некоторых крупных лунах и карликовых планетах, [32] хотя процесс не всегда мог быть завершен: Церера, Каллисто и Титан, по-видимому, не полностью дифференцированы. [114] [115] Астероид Веста, хотя и не является карликовой планетой, поскольку он был разрушен ударами, выходящими за пределы округлости, имеет дифференцированную внутреннюю часть [116], похожую на внутреннюю часть Венеры, Земли и Марса. [109]
Все планеты Солнечной системы, за исключением Меркурия [117], имеют существенные атмосферы , поскольку их гравитация достаточно сильна, чтобы удерживать газы близко к поверхности. Самый большой спутник Сатурна Титан также имеет существенную атмосферу, более толстую, чем у Земли; [118] Самый большой спутник Нептуна Тритон [119] и карликовая планета Плутон имеют более разреженные атмосферы. [120] Более крупные гигантские планеты достаточно массивны, чтобы удерживать большие количества легких газов водорода и гелия, тогда как более мелкие планеты теряют эти газы в космосе . [121] Анализ экзопланет показывает, что порог способности удерживать эти легкие газы наступает примерно при2.0+0,7
−0,6 M E , так что Земля и Венера близки к максимальному размеру для каменистых планет. [54]
Состав атмосферы Земли отличается от других планет, поскольку различные жизненные процессы, происходившие на планете, привели к появлению свободного молекулярного кислорода . [122] В атмосферах Марса и Венеры преобладает углекислый газ , но они резко различаются по плотности: среднее поверхностное давление атмосферы Марса составляет менее 1% от земного (слишком низкое, чтобы позволить жидкой воде существовать), [123] в то время как среднее поверхностное давление атмосферы Венеры примерно в 92 раза больше, чем на Земле. [124] Вполне вероятно, что атмосфера Венеры была результатом неуправляемого парникового эффекта в ее истории, что сегодня делает ее самой горячей планетой по температуре поверхности, даже горячее Меркурия. [125] Несмотря на враждебные поверхностные условия, 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 в качестве вероятной базы для будущих исследований человеком . [126] Титан имеет единственную богатую азотом планетарную атмосферу в Солнечной системе, кроме земной. Так же, как условия Земли близки к тройной точке воды, что позволяет ей существовать во всех трех состояниях на поверхности планеты, так и Титан находится в тройной точке метана . [127]
На планетарные атмосферы влияет изменяющаяся инсоляция или внутренняя энергия, что приводит к формированию динамических погодных систем , таких как ураганы (на Земле), пылевые бури планетарного масштаба (на Марсе), антициклон на Юпитере , превышающий по размерам Землю (называемый Большим Красным Пятном ), и дыры в атмосфере (на Нептуне). [69] Погодные условия, обнаруженные на экзопланетах, включают горячую область на HD 189733 b, в два раза превышающую размер Большого Красного Пятна, [128] а также облака на горячем Юпитере Kepler-7b , [129] суперземле Gliese 1214 b и других. [130] [131]
Было показано, что горячие юпитеры, из-за их чрезвычайной близости к своим звездам-хозяевам, теряют свои атмосферы в космосе из-за звездного излучения, во многом подобно хвостам комет. [132] [133] Эти планеты могут иметь огромные различия в температуре между дневной и ночной сторонами, что создает сверхзвуковые ветры, [134] хотя задействовано множество факторов, и детали атмосферной динамики, которые влияют на разницу дневных и ночных температур, сложны. [135] [136]
Одной из важных характеристик планет являются их собственные магнитные моменты , которые, в свою очередь, приводят к появлению магнитосфер. Наличие магнитного поля указывает на то, что планета все еще геологически жива. Другими словами, намагниченные планеты имеют потоки электропроводящего материала внутри себя, которые генерируют их магнитные поля. Эти поля существенно изменяют взаимодействие планеты и солнечного ветра. Намагниченная планета создает вокруг себя полость в солнечном ветре, называемую магнитосферой, в которую ветер не может проникнуть. Магнитосфера может быть намного больше самой планеты. Напротив, ненамагниченные планеты имеют только небольшие магнитосферы, вызванные взаимодействием ионосферы с солнечным ветром, которые не могут эффективно защитить планету. [137]
Из восьми планет Солнечной системы только Венера и Марс не имеют такого магнитного поля. [137] Из намагниченных планет магнитное поле Меркурия является самым слабым и едва способно отклонить солнечный ветер . Спутник Юпитера Ганимед имеет магнитное поле в несколько раз сильнее, а поле Юпитера является самым сильным в Солнечной системе (настолько интенсивным, что оно представляет серьезную опасность для здоровья будущих пилотируемых миссий ко всем его лунам внутри Каллисто [138] ). Магнитные поля других гигантских планет, измеренные на их поверхности, примерно аналогичны по силе магнитному полю Земли, но их магнитные моменты значительно больше. Магнитные поля Урана и Нептуна сильно наклонены относительно осей вращения планет и смещены от центров планет. [137]
В 2003 году группа астрономов на Гавайях, наблюдавшая за звездой HD 179949, обнаружила яркое пятно на ее поверхности, по-видимому, созданное магнитосферой вращающегося вокруг нее горячего Юпитера. [139] [140]
Несколько планет или карликовых планет в Солнечной системе (таких как Нептун и Плутон) имеют орбитальные периоды, которые находятся в резонансе друг с другом или с меньшими телами. Это распространено 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 «лунами». У Земли есть один, у Марса — два, а у планет-гигантов есть многочисленные луны в сложных системах планетарного типа. За исключением Цереры и Седны, все консенсусные карликовые планеты, как известно, также имеют по крайней мере одну луну. Многие луны планет-гигантов имеют черты, похожие на черты планет земной группы и карликовых планет, и некоторые из них изучались как возможные обители жизни (особенно Европа и Энцелад). [141] [142] [143] [144] [145]
Четыре гигантские планеты вращаются вокруг планетарных колец разного размера и сложности. Кольца состоят в основном из пыли или твердых частиц, но могут содержать крошечные « лунки », гравитация которых формирует и поддерживает их структуру. Хотя происхождение планетарных колец точно не известно, считается, что они являются результатом естественных спутников, которые упали ниже пределов Роша своих родительских планет и были разорваны приливными силами . [146] [147] Карликовые планеты Хаумеа [148] и Квавар также имеют кольца. [149]
Никаких вторичных характеристик не наблюдалось вокруг экзопланет. Считается, что суб-коричневый карлик Cha 110913−773444 , который был описан как планета-изгой , вращается вокруг крошечного протопланетного диска , [150] а суб-коричневый карлик OTS 44 , как было показано, окружен существенным протопланетным диском массой не менее 10 масс Земли. [151]
Идея планет развивалась на протяжении истории астрономии, от божественных огней древности до земных объектов научной эпохи. Концепция расширилась, включив в себя миры не только в Солнечной системе, но и во множестве других внесолнечных систем. Консенсус относительно того, что считается планетой, в отличие от других объектов, менялся несколько раз. Ранее он охватывал астероиды , луны и карликовые планеты, такие как Плутон , [152] [153] [154] и сегодня продолжают существовать некоторые разногласия. [154]
Пять классических планет Солнечной системы , видимых невооруженным глазом, были известны с древних времен и оказали значительное влияние на мифологию , религиозную космологию и древнюю астрономию . В древние времена астрономы отмечали, как определенные огни перемещались по небу, в отличие от « неподвижных звезд », которые сохраняли постоянное относительное положение на небе. [155] Древние греки называли эти огни πλάνητες ἀστέρες ( planētes asteres ) « блуждающие звезды » или просто πλανῆται ( planētai ) « странники » [156], от которых произошло современное слово «планета». [157] [158] [159] В Древней Греции , Китае , Вавилоне и, конечно, во всех досовременных цивилизациях [160] [161] почти повсеместно считалось, что Земля является центром Вселенной и что все «планеты» вращаются вокруг Земли. Причинами такого восприятия были то, что звезды и планеты, казалось, вращались вокруг Земли каждый день [162] и, по-видимому, здравый смысл считал, что Земля твердая и стабильная и что она не движется, а находится в покое. [163]
Первой известной цивилизацией, имевшей функциональную теорию планет, были вавилоняне , жившие в Месопотамии в первом и втором тысячелетиях до нашей эры. Древнейшим сохранившимся планетарным астрономическим текстом является вавилонская табличка Венеры Аммисадуки , копия VII века до нашей эры списка наблюдений за движениями планеты Венера, которая, вероятно, датируется вторым тысячелетием до нашей эры. [164] MUL.APIN — это пара клинописных табличек , датируемых VII веком до нашей эры, на которых изложены движения Солнца, Луны и планет в течение года. [165] Поздневавилонская астрономия является источником западной астрономии и, по сути, всех западных усилий в точных науках . [166] « Энума ану энлиль» , написанная в неоассирийский период в 7 веке до н. э., [167] содержит список предзнаменований и их связей с различными небесными явлениями, включая движения планет. [168] [169] Низшие планеты Венера и Меркурий и высшие планеты Марс , Юпитер и Сатурн были идентифицированы вавилонскими астрономами . Они оставались единственными известными планетами до изобретения телескопа в начале нового времени. [170]
Древние греки изначально не придавали планетам такого большого значения, как вавилоняне. В 6-м и 5-м 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 определил вечернюю звезду ( Гесперос ) и утреннюю звезду ( Фосфорос ) как одно и то же ( Афродита , греческое название, соответствующее латинскому Венере ), [171] хотя это уже давно было известно в Месопотамии. [172] [173] В 3-м веке до нашей эры Аристарх Самосский предложил гелиоцентрическую систему, согласно которой Земля и планеты вращались вокруг Солнца. Геоцентрическая система оставалась доминирующей вплоть до научной революции . [163]
К I веку до н. э., в эллинистический период , греки начали разрабатывать собственные математические схемы для предсказания положений планет. Эти схемы, которые были основаны на геометрии, а не на арифметике вавилонян, в конечном итоге затмили теории вавилонян по сложности и полноте и объяснили большинство астрономических движений, наблюдаемых с Земли невооруженным глазом. Эти теории достигли своего наиболее полного выражения в Альмагесте, написанном Птолемеем во II веке н. э. Настолько полным было господство модели Птолемея, что она вытеснила все предыдущие работы по астрономии и оставалась окончательным астрономическим текстом в западном мире в течение 13 столетий. [164] [174] Для греков и римлян было известно семь 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. [159] [174] [175]
После падения Западной Римской империи астрономия получила дальнейшее развитие в Индии и средневековом исламском мире. В 499 году н. э. индийский астроном Арьябхата предложил планетарную модель, которая явно включала вращение Земли вокруг своей оси, что он объясняет как причину того, что, по-видимому, является видимым движением звезд на запад. Он также предположил, что орбиты планет являются эллиптическими . [176] Последователи Арьябхаты были особенно сильны в Южной Индии , где его принципы суточного вращения Земли, среди прочих, соблюдались, и ряд вторичных работ были основаны на них. [177]
Астрономия исламского Золотого века в основном происходила на Ближнем Востоке , в Центральной Азии , Аль-Андалусе и Северной Африке , а позже на Дальнем Востоке и в Индии. Эти астрономы, как и полимат Ибн аль-Хайтам , в целом принимали геоцентризм, хотя они оспаривали систему эпициклов Птолемея и искали альтернативы. Астроном X века Абу Саид аль-Сиджзи признал, что Земля вращается вокруг своей оси. [178] В XI веке транзит Венеры наблюдал Авиценна . [179] Его современник Аль-Бируни разработал метод определения радиуса Земли с помощью тригонометрии , который, в отличие от более старого метода Эратосфена , требовал только наблюдений на одной горе. [180]
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, которое вращалось вокруг Солнца, напрямую (первичная планета) или косвенно ( вторичная или спутниковая планета). Таким образом, Земля была добавлена в список планет, [181] а Солнце было удалено. Коперниканское число первичных планет сохранялось до 1781 года, когда Уильям Гершель открыл Уран . [182]
Когда в 17 веке были открыты четыре спутника Юпитера ( Галилеевы луны ) и пять спутников Сатурна, они присоединились к Луне Земли в категории «планет-спутников» или «вторичных планет», вращающихся вокруг основных планет, хотя в последующие десятилетия их стали называть просто «спутниками» для краткости. Ученые обычно считали спутники планет также планетами примерно до 1920-х годов, хотя такое использование не было распространено среди неученых. [154]
В первом десятилетии 19-го века были открыты четыре новые «планеты»: Церера (в 1801 году), Паллада (в 1802 году), Юнона (в 1804 году) и Веста (в 1807 году). Вскоре стало очевидно, что они довольно сильно отличаются от ранее известных планет: они разделяют одну и ту же общую область пространства, между Марсом и Юпитером ( пояс астероидов ), с иногда перекрывающимися орбитами. Это была область, где ожидалась только одна планета, и они были намного меньше всех других планет; действительно, подозревали, что они могут быть осколками более крупной планеты, которая распалась. Гершель назвал их астероидами (от греческого слова «подобный звезде»), потому что даже в самые большие телескопы они напоминали звезды, без разрешаемого диска. [153] [183]
Ситуация была стабильной в течение четырех десятилетий, но в 1840-х годах было открыто несколько дополнительных астероидов ( Астрея в 1845 году; Геба , Ирис и Флора в 1847 году; Метис в 1848 году; и Гигея в 1849 году). Новые «планеты» открывались каждый год; в результате астрономы начали табулировать астероиды ( малые планеты ) отдельно от больших планет и присваивать им номера вместо абстрактных планетарных символов , [153] хотя они продолжали считаться малыми планетами. [184]
Нептун был открыт в 1846 году , его положение было предсказано благодаря его гравитационному влиянию на Уран. Поскольку орбита Меркурия, по-видимому, была затронута аналогичным образом, в конце 19 века считалось, что может быть другая планета, еще ближе к Солнцу . Однако расхождение между орбитой Меркурия и предсказаниями ньютоновской гравитации было вместо этого объяснено улучшенной теорией гравитации, общей теорией относительности Эйнштейна . [185] [186]
Плутон был открыт в 1930 году. После того, как первоначальные наблюдения привели к убеждению, что он больше Земли, [187] объект был немедленно принят в качестве девятой большой планеты. Дальнейшие наблюдения показали, что тело на самом деле было намного меньше: в 1936 году Рэй Литтлтон предположил, что Плутон может быть сбежавшим спутником Нептуна , [188] а Фред Уиппл предположил в 1964 году, что Плутон может быть кометой. [189] Открытие его большой луны Харона в 1978 году показало, что Плутон имел массу всего 0,2% от массы Земли. [190] Поскольку он все еще был существенно массивнее любого известного астероида, и поскольку на тот момент не было обнаружено никаких других транснептуновых объектов , Плутон сохранил свой планетарный статус, официально потеряв его только в 2006 году. [191] [192]
В 1950-х годах Джерард Койпер опубликовал статьи о происхождении астероидов. Он признал, что астероиды, как правило, не были сферическими, как считалось ранее, и что семейства астероидов были остатками столкновений. Таким образом, он различал самые большие астероиды как «истинные планеты» и более мелкие как фрагменты столкновений. Начиная с 1960-х годов термин «малая планета» был в основном вытеснен термином «астероид», и ссылки на астероиды как на планеты в литературе стали редкими, за исключением геологически эволюционировавших трех крупнейших: Цереры и реже Паллады и Весты. [184]
Начало исследования Солнечной системы космическими зондами в 1960-х годах подстегнуло возобновившийся интерес к планетарной науке. Примерно тогда же произошел раскол в определениях, касающихся спутников: планетологи начали пересматривать большие луны как также планеты, но астрономы, которые не были планетологами, как правило, этого не делали. [154] (Это не совсем то же самое, что определение, используемое в предыдущем столетии, которое классифицировало все спутники как вторичные планеты, даже не круглые, такие как Гиперион Сатурна или Фобос и Деймос Марса .) [193] [194] Все восемь основных планет и их луны планетарной массы с тех пор были исследованы космическими аппаратами, как и многие астероиды и карликовые планеты Церера и Плутон; однако до сих пор единственным телом планетарной массы за пределами Земли, которое было исследовано людьми, является Луна. [b]
Все большее число астрономов выступали за то, чтобы Плутон был деклассифицирован как планета, потому что в том же регионе Солнечной системы ( пояс Койпера ) в 1990-х и начале 2000-х годов было обнаружено много похожих объектов, приближающихся к его размеру. Было обнаружено, что Плутон был всего лишь одним «маленьким» телом из популяции в тысячи. [195] Они часто ссылались на понижение статуса астероидов как на прецедент, хотя это было сделано на основе их геофизических отличий от планет, а не их нахождения в поясе. [154] Некоторые из более крупных транснептуновых объектов , такие как Квавар , Седна , Эрида и Хаумеа , [196] были объявлены в популярной прессе десятой планетой .
Объявление об Эриде в 2005 году, объекте, на 27% более массивном, чем Плутон, создало толчок для официального определения планеты, [195] поскольку рассмотрение Плутона как планеты логически потребовало бы, чтобы Эриду также считали планетой. Поскольку существовали разные процедуры для наименования планет по сравнению с не-планетами, это создало срочную ситуацию, поскольку по правилам Эриду нельзя было назвать без определения того, что такое планета. [154] В то время также считалось, что размер, необходимый для того, чтобы транснептуновый объект стал круглым, был примерно таким же, как и для лун гигантских планет (диаметр около 400 км), цифра, которая предполагала бы около 200 круглых объектов в поясе Койпера и тысячи других за его пределами. [197] [198] Многие астрономы утверждали, что общественность не примет определение, создающее большое количество планет. [154]
- Объект находится на орбите вокруг Солнца
- Объект имеет достаточную массу для того, чтобы его собственная гравитация преодолела силы твердого тела, и он принимает гидростатически равновесную (почти круглую) форму.
- Объект очистил окрестности вокруг своей орбиты.
Источник:"Генеральная Ассамблея IAU 2006: Резолюции 5 и 6" (PDF) . IAU. 24 августа 2006 г. . Получено 23 июня 2009 г. .
Чтобы признать проблему, Международный астрономический союз (МАС) приступил к созданию определения планеты и выпустил его в августе 2006 года. Согласно этому определению, Солнечная система считается имеющей восемь планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун). Тела, которые соответствуют первым двум условиям, но не 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. [199] После долгих обсуждений было решено путем голосования, что эти тела следует вместо этого классифицировать как карликовые планеты. [192] [200]
Определение МАС не было общепринятым или общепринятым. В планетарной геологии небесные объекты определяются как планеты по геофизическим характеристикам . Небесное тело может приобрести динамическую (планетарную) геологию приблизительно при массе, необходимой для того, чтобы его мантия стала пластичной под собственным весом. Это приводит к состоянию гидростатического равновесия , когда тело приобретает устойчивую круглую форму, которая принимается в качестве признака планетарности геофизическими определениями. Например: [201]
тело субзвездной массы, которое никогда не подвергалось ядерному синтезу и имеет достаточную гравитацию, чтобы быть круглым из-за гидростатического равновесия, независимо от его орбитальных параметров. [202]
В Солнечной системе эта масса, как правило, меньше массы, необходимой телу для того, чтобы очистить свою орбиту; таким образом, некоторые объекты, которые считаются «планетами» согласно геофизическим определениям, не считаются таковыми согласно определению МАС, например, Церера и Плутон. [4] (На практике требование гидростатического равновесия повсеместно смягчается до требования округления и уплотнения под действием собственной гравитации; Меркурий на самом деле не находится в гидростатическом равновесии, [203] но, несмотря на это, повсеместно включается в качестве планеты.) [204] Сторонники таких определений часто утверждают, что местоположение не должно иметь значения и что планетарность должна определяться внутренними свойствами объекта. [4] 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. [32]
Число карликовых планет даже среди известных объектов не определено. В 2019 году Гранди и др. утверждали, основываясь на низкой плотности некоторых транснептуновых объектов среднего размера, что предельный размер, необходимый для достижения транснептуновым объектом равновесия, на самом деле намного больше, чем у ледяных лун гигантских планет, и составляет около 900–1000 км в диаметре. [32] Существует общее мнение о Церере в поясе астероидов [205] и о восьми транснептуновых планетах, которые, вероятно, пересекают этот порог — Оркус , Плутон , Хаумеа , Квавар , Макемаке , Гонггонг , Эрида и Седна . [206] [33]
Планетарные геологи могут включать девятнадцать известных лун планетарной массы в качестве «планет- спутников», включая Луну Земли и Харон Плутона , как это делали ранние современные астрономы. [4] [207] Некоторые идут еще дальше и включают в качестве планет относительно большие, геологически развитые тела, которые, тем не менее, не являются очень круглыми сегодня, такие как Паллада и Веста; [4] округлые тела, которые были полностью разрушены ударами и заново срослись, как Гигея; [208] [209] [110] или даже все, что по крайней мере диаметром с луной Сатурна Мимасом , самой маленькой луной планетарной массы. (Сюда могут даже входить объекты, которые не являются круглыми, но случайно оказываются больше Мимаса, как луна Нептуна Протей .) [4]
Астроном Жан-Люк Марго предложил математический критерий, который определяет, может ли объект очистить свою орбиту в течение жизни своей звезды-хозяина, на основе массы планеты, ее большой полуоси и массы ее звезды-хозяина. [210] Формула дает значение, называемое π, которое больше 1 для планет. [c] Восемь известных планет и все известные экзопланеты имеют значения π выше 100, в то время 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 очистки орбитальной зоны вокруг звезд, подобных Солнцу, также будут удовлетворять требованию круглости [211] - хотя это может быть не так в случае звезд с очень малой массой. [212] В 2024 году Марго и ее коллеги предложили пересмотренную версию критерия с единообразной шкалой времени очистки в 10 миллиардов лет (приблизительное время жизни Солнца на главной последовательности) или 13,8 миллиарда лет (возраст Вселенной ) для учета планет, вращающихся вокруг коричневых карликов. [212]
Еще до открытия экзопланет существовали определенные разногласия по поводу того, следует ли считать объект планетой, если он является частью отдельной популяции, такой как пояс , или если он достаточно велик, чтобы генерировать энергию путем термоядерного синтеза дейтерия . [195] Еще больше усложняя вопрос, тела, слишком малые для генерации энергии путем синтеза дейтерия, могут образовываться путем коллапса газового облака , как звезды и коричневые карлики, даже вплоть до массы Юпитера: [213] таким образом, существовали разногласия по поводу того, следует ли принимать во внимание то, как образовалось тело. [195]
В 1992 году астрономы Александр Вольщан и Дейл Фрайл объявили об открытии планет вокруг пульсара PSR B1257+12 . [40] 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 ). [214]
Открытие экзопланет привело к еще одной двусмысленности в определении планеты: точки, в которой планета становится звездой. Многие известные экзопланеты во много раз больше массы Юпитера, приближаясь 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, более массивные, чем в 75 раз массивнее Юпитера, 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 их открытия, что делает их фактически неотличимыми от сверхмассивных планет. [215]
Определение МАС 2006 года представляет некоторые проблемы для экзопланет, поскольку язык специфичен для Солнечной системы, а критерии округлости и зазора орбитальной зоны в настоящее время не соблюдаются для экзопланет. [1] В 2018 году это определение было пересмотрено и обновлено по мере увеличения знаний об экзопланетах. [216] Текущее официальное рабочее определение экзопланеты выглядит следующим образом: [99]
- Объекты с истинной массой 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 звездных остатков и имеют отношение масс к центральному объекту ниже неустойчивости L4/L5 (M/M central < 2/(25+ √ 621 ), являются «планетами» (независимо от того, как они образовались). Минимальная масса/размер, необходимые для того, чтобы внесолнечный объект считался планетой, должны быть такими же, как и используемые в нашей Солнечной системе.
- Субзвездные объекты с истинной массой, превышающей предельную массу для термоядерного синтеза дейтерия, являются «коричневыми карликами», независимо от того, как они образовались и где они находятся.
- Свободно плавающие объекты в молодых звездных скоплениях с массами ниже предельной массы для термоядерного синтеза дейтерия не являются «планетами», а являются «субкоричневыми карликами» (или любым другим названием, которое будет наиболее подходящим). [99]
IAU отметил, что это определение, как ожидается, будет развиваться по мере совершенствования знаний. [99] Обзорная статья 2022 года, обсуждающая историю и обоснование этого определения, предложила удалить слова «в молодых звездных скоплениях» в пункте 3, поскольку такие объекты теперь обнаружены в других местах, и заменить термин «суб-коричневые карлики» на более современный «свободно плавающие объекты планетарной массы». 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 вместо звезды. [216] Свободно плавающие объекты планетарной массы иногда в любом случае назывались планетами, в частности, планетами-изгоями . [217]
Предел в 13 масс Юпитера не является общепринятым. Объекты ниже этого предела массы иногда могут сжигать дейтерий, и количество сжигаемого дейтерия зависит от состава объекта. [218] [219] Более того, дейтерий довольно редок, поэтому стадия горения дейтерия на самом деле не длится очень долго; в отличие от горения водорода в звезде, горение дейтерия не оказывает существенного влияния на будущую эволюцию объекта. [58] Соотношение между массой и радиусом (или плотностью) не показывает никаких особенностей на этом пределе, согласно которому коричневые карлики имеют ту же физику и внутреннюю структуру, что и более легкие планеты-гиганты, и было бы более естественно считать их планетами. [58] [54]
Таким образом, многие каталоги экзопланет включают объекты тяжелее 13 масс Юпитера, иногда до 60 масс Юпитера. [220] [100] [101] [221] (Предел для сгорания водорода и превращения в красную карликовую звезду составляет около 80 масс Юпитера.) [58] Ситуация со звездами главной последовательности также использовалась для аргументации в пользу такого всеобъемлющего определения «планеты», поскольку они также сильно различаются по двум порядкам величины, которые они охватывают, по своей структуре, атмосферам, температуре, спектральным характеристикам и, вероятно, механизмам формирования; тем не менее, все они рассматриваются как один класс, будучи все гидростатически-равновесными объектами, подвергающимися ядерному горению. [58]
Названия планет различаются между планетами Солнечной системы и экзопланетами (планетами других планетных систем ). Экзопланеты обычно называют в честь их родительской звезды и порядка их открытия в ее планетной системе, например, Проксима Центавра b . (Буквенная нумерация начинается с b, а a считается обозначением родительской звезды.)
Названия планет Солнечной системы (кроме Земли ) в английском языке происходят от практики именования, последовательно разработанной вавилонянами , греками и римлянами древности . Практика прививания имен богов к планетам была почти наверняка 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 своего бога войны Нергала ; Меркурий в честь своего бога мудрости Набу ; и Юпитер в честь своего главного бога Мардука . [222] Существует слишком много соответствий между греческими и вавилонскими соглашениями об именах, чтобы они возникли отдельно. [164] Учитывая различия в мифологии, соответствие было не идеальным. Например, вавилонский Нергал был богом войны, и поэтому греки отождествляли его с Аресом. В отличие от Ареса, Нергал был также богом эпидемий и правителем подземного мира. [223] [224] [225]
В Древней Греции два великих светила, Солнце и Луна, назывались Гелиосом и Селеной , двумя древними титаническими божествами; самая медленная планета, Сатурн, называлась Файноном , сияющим; за ним следовал Фаэтон , Юпитер, «яркий»; красная планета, Марс, была известна как Пироэйс , «огненный»; самая яркая, Венера, была известна как Фосфорос , несущий свет; и мимолетная последняя планета, Меркурий, называлась Стилбоном , мерцающим. Греки приписывали каждую планету одному из своих богов пантеона, олимпийцам и более ранним титанам: [164]
Хотя современные греки все еще используют свои древние названия для планет, другие европейские языки, из-за влияния Римской империи и, позднее, 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 собственному пантеону, до такой степени, что они стали практически неразличимы. [226] Когда римляне изучали греческую астрономию, они дали планетам имена своих собственных богов: Меркурий (в честь Гермеса), Венера (Афродита), Марс (Арес), Юпитер (Зевс) и Сатурн (Кронус). Некоторые римляне, следуя верованию, возможно, возникшему в Месопотамии , но развившемуся в эллинистическом Египте , считали, что семь богов, в честь которых были названы планеты, сменяли друг друга каждый час, присматривая за делами на Земле. Порядок смен был следующим: Сатурн, Юпитер, Марс, Солнце, Венера, Меркурий, Луна (от самой дальней до самой близкой планеты). [227] Таким образом, первый день начинался Сатурном (1-й час), второй день — Солнцем (25-й час), за которым следовали Луна (49-й час), Марс, Меркурий, Юпитер и Венера. Поскольку каждый день был назван богом, который его начал, это стало порядком дней недели в римском календаре . [228] На английском языке суббота , воскресенье и понедельник являются прямыми переводами этих римских названий. Другие дни были переименованы в честь Tīw (вторник), Wōden (среда), Þunor (четверг) и Frīġ (пятница), англосаксонских богов, считавшихся подобными или эквивалентными Марсу, Меркурию, Юпитеру и Венере соответственно. [229]
Название Земли на английском языке не произошло от греко-римской мифологии. Поскольку она была общепринято признана как планета только в 17 веке, [181] нет традиции называть ее в честь бога. (То же самое верно, по крайней мере, в английском языке, для Солнца и Луны, хотя они больше не считаются планетами.) Название происходит от древнеанглийского слова eorþe , которое было словом для «земли» и «грязи», а также для самого мира. [230] Как и его эквиваленты в других германских языках , оно в конечном итоге происходит от протогерманского слова erþō , как можно увидеть в английском earth , немецком Erde , голландском aarde и скандинавском jord . Многие романские языки сохраняют древнеримское слово terra (или некоторые его вариации), которое использовалось со значением «сухая земля» в отличие от «моря». [231] Нероманские языки используют свои собственные родные слова. Греки сохраняют свое первоначальное название, Γή (Ge) . [232]
Неевропейские культуры используют другие системы планетарных наименований. Индия использует систему, основанную на Наваграхе , которая включает семь традиционных планет и восходящие и нисходящие лунные узлы Раху и Кету . Планеты - Сурья "Солнце", Чандра "Луна", Будха для Меркурия, Шукра ("яркий") для Венеры, Мангала (бог войны) для Марса, Брихаспати (советник богов) для Юпитера и Шани (символ времени) для Сатурна. [233]
Родные персидские названия большинства планет основаны на отождествлении месопотамских богов с иранскими богами, аналогично греческим и латинским названиям. Меркурий — Тир (перс. تیر ) для западного иранского бога Тирия (покровителя писцов), аналогичного Набу; Венера — Нахид ( ناهید ) для Анахиты ; Марс — Бахрам ( بهرام ) для Веретрагны ; а Юпитер — Хормоз ( هرمز ) для Ахура Мазды . Персидское название Сатурна, Кейван ( کیوان ), является заимствованием из аккадского kajamānu , что означает «постоянный, устойчивый». [234]
Китай и страны Восточной Азии, исторически подверженные китайскому культурному влиянию (такие как Япония, Корея и Вьетнам ), используют систему наименований, основанную на пяти китайских элементах : вода (Меркурий 水星 «водяная звезда»), металл (Венера 金星 «металлическая звезда»), огонь (Марс 火星 «огненная звезда»), дерево (Юпитер 木星 «деревянная звезда») и земля (Сатурн 土星 «земная звезда»). [228] Имена Урана (天王星 «звезда небесного царя»), Нептуна (海王星 «звезда морского царя») и Плутона (冥王星 «звезда подземного царя») на китайском, корейском и японском языках являются кальками, основанными на ролях этих богов в римской и греческой мифологии. [235] [236] [d] В XIX веке Александр Уайли и Ли Шаньлань калькировали названия первых 117 астероидов на китайский язык, и многие из их названий используются и сегодня, 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 очага») и Гигиея (健神星 «звезда богини здоровья»). [238] 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 птиц») и Эрида (鬩神星 «звезда богини ссор»). Однако, за исключением более известных астероидов и карликовых планет, многие из них редки за пределами китайских астрономических словарей. [235]
В традиционной еврейской астрономии семь традиционных планет имеют (по большей части) описательные названия — Солнце — חמה Ḥammah или «горячая», Луна — לבנה Levanah или «белая», Венера — כוכב נוגה Kokhav Nogah или «яркая планета», Меркурий — כוכב Kokhav или «планета» (учитывая отсутствие у него отличительных черт), Марс — מאדים Ma'adim или «красная», а Сатурн — שבתאי Shabbatai или «отдыхающая» (в связи с его медленным движением по сравнению с другими видимыми планетами). [239] Странным является Юпитер, называемый צדק Tzedeq или «справедливость». [239] Эти имена, впервые засвидетельствованные в Вавилонском Талмуде , не являются оригинальными еврейскими именами планет. В 377 году Епифаний Саламинский записал еще один набор имен, которые, по-видимому, имеют языческие или ханаанские ассоциации: эти имена, с тех пор как были заменены по религиозным причинам, вероятно, были историческими семитскими именами и могут иметь гораздо более ранние корни, восходящие к вавилонской астрономии. [239] Еврейские имена были выбраны для Урана (אורון Орон , «маленький свет») и Нептуна (רהב Раав , библейское морское чудовище) в 2009 году; [240] до этого имена «Уран» и «Нептун» были просто заимствованы. [241] Этимологии арабских названий планет изучены меньше. Большинство ученых согласны с тем, что Венера (араб. الزهرة , az-Zuhara , «яркая» [242] ), Земля ( الأرض , al-ʾArḍ , от того же корня, что и eretz) и Сатурн ( زُحَل , Zuḥal , «изымающий» [243] ). Существует несколько предложенных этимологий для Меркурия ( عُطَارِد , ʿUṭārid ), Марса ( اَلْمِرِّيخ , al-Mirrīkh ) и Юпитера ( المشتري , al-Muštarī ), но среди ученых нет согласия. [244] [245] [246] [247]
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 было открыто все больше, их сначала начали называть в честь более мелких богинь, и мифологическое ограничение было снято, начиная с двадцатого астероида Массалии в 1852 году. [248] Плутону (названному в честь греческого бога подземного мира ) было дано классическое имя, так как он считался главной планетой, когда был открыт. После того, как было обнаружено больше объектов за Нептуном, были введены соглашения об именах в зависимости от их орбит: те, которые находятся в резонансе 2:3 с Нептуном (плутино ) , получили имена из мифов о подземном мире, в то время как другие получили имена из мифов о сотворении мира. Большинство транснептуновых планетоидов названы в честь богов и богинь из других культур (например, Квавар назван в честь бога Тонгва ). Есть несколько исключений, которые продолжают римскую и греческую схему, в частности, включая Эриду, поскольку она изначально считалась десятой планетой. [249] [250]
Спутники (включая те, что имеют планетарную массу) обычно получают имена, связанные с их родительской планетой. Спутники Юпитера с планетарной массой названы в честь четырех возлюбленных Зевса (или других сексуальных партнеров); спутники Сатурна названы в честь братьев и сестер Кроноса, титанов; спутники Урана названы в честь персонажей Шекспира и Поупа (первоначально именно из мифологии фей, [251] но это закончилось с присвоением имени Миранде ). Спутник Нептуна с планетарной массой Тритон назван в честь сына бога ; спутник Плутона с планетарной массой Харон назван в честь перевозчика мертвых , который перевозит души недавно умерших в подземный мир (владение Плутона). [252]
Письменные символы Меркурия, Венеры, Юпитера, Сатурна и, возможно, Марса восходят к формам, найденным в поздних греческих папирусных текстах. [253] Символы Юпитера и Сатурна идентифицированы как монограммы соответствующих греческих имен, а символ Меркурия — стилизованный кадуцей . [253]
По словам Энни Скотт Дилл Маундер , предшественники планетарных символов использовались в искусстве для представления богов, связанных с классическими планетами. Планисфера Бьянкини , открытая Франческо Бьянкини в 18 веке, но созданная во 2 веке, [254] показывает греческие персонификации планетарных богов, нагруженных ранними версиями планетарных символов. У Меркурия есть кадуцей ; у Венеры, прикрепленный к ее ожерелью, шнур, соединенный с другим ожерельем; у Марса — копье; у Юпитера — посох; у Сатурна — коса; у Солнца — обруч с исходящими от него лучами; а у Луны — головной убор с прикрепленным полумесяцем. [255] Современные формы с крестообразными знаками впервые появились около 16 века. По словам Маундера, добавление крестов, по-видимому, является «попыткой придать христианский оттенок символам старых языческих богов». [255] Сама Земля не считалась классической планетой; ее символ происходит от догелиоцентрического символа четырех сторон света . [256]
Когда были обнаружены другие планеты, вращающиеся вокруг Солнца, для них были изобретены символы. Самый распространенный астрономический символ для Урана, ⛢, [257] был изобретен Иоганном Готфридом Кёлером и предназначался для обозначения недавно открытого металла платины . [258] [259] Альтернативный символ, ♅, был изобретен Жеромом Лаландом и представляет собой земной шар с буквой H наверху, в честь первооткрывателя Урана Гершеля. [260] Сегодня ⛢ в основном используется астрономами, а ♅ — астрологами , хотя можно найти каждый символ в другом контексте. [257] Первые несколько астероидов считались планетами, когда они были открыты, и им также были присвоены абстрактные символы, например, серп Цереры (⚳), копье Паллады (⚴), скипетр Юноны (⚵) и очаг Весты (⚶). Однако по мере того, как их число росло все больше и больше, эта практика прекратилась в пользу их нумерации. (Массалия, первый астероид, не названный по мифологии, также является первым астероидом, которому не был назначен символ его первооткрывателем.) Символы для первых четырех астероидов, от Цереры до Весты, оставались в употреблении дольше, чем для других, [153] и даже в наши дни НАСА использует символ Цереры — Церера является единственным астероидом, который также является карликовой планетой. [261] Символ Нептуна (♆) представляет трезубец бога . [259] Астрономический символ Плутона — монограмма PL (♇), [262] хотя она стала менее распространенной с тех пор, как определение МАС реклассифицировало Плутон. [261] После реклассификации Плутона НАСА использовало традиционный астрологический символ Плутона (⯓), планетарный шар над двузубцем Плутона . [261]
МАС не одобряет использование планетарных символов в современных журнальных статьях в пользу однобуквенных или (для устранения неоднозначности Меркурия и Марса) двухбуквенных сокращений для основных планет. Символы для Солнца и Земли, тем не менее, распространены, как солнечная масса , масса Земли и подобные единицы распространены в астрономии. [263] Другие планетарные символы сегодня в основном встречаются в астрологии. Астрологи возродили старые астрономические символы для первых нескольких астероидов и продолжают изобретать символы для других объектов. [261] Это включает в себя относительно стандартные астрологические символы для карликовых планет, открытых в 21 веке, которым астрономы не дали символов, потому что планетарные символы в основном вышли из употребления в астрономии к моменту их открытия. Многие астрологические символы включены в Unicode , и несколько из этих новых изобретений (символы Хаумеа, Макемаке и Эрида) с тех пор используются НАСА в астрономии. [261] Символ Эриды является традиционным из дискордианизма , религии, поклоняющейся богине Эриде. Другие символы карликовых планет в основном являются инициалами (кроме Хаумеа) в родных письменностях культур, из которых они происходят; они также представляют что-то, связанное с соответствующим божеством или культурой, например, лицо Макемаке или змеиный хвост Гонгуна. [261] [264]
Планета самого распространенного размера, обнаруженная 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: unfit URL (link)Например, греки изначально отождествляли утренние и вечерние звезды с двумя отдельными божествами, Фосфором и Геспором соответственно. В Месопотамии, по-видимому, это было признано еще в доисторические времена. Если предположить ее подлинность, цилиндрическая печать из коллекции Эрленмейера свидетельствует об этих знаниях в Южном Ираке еще в период Позднего Урука / Джемдет-Насра, как и архаичные тексты того периода. [...] Независимо от того, признаем ли мы подлинность печати или нет, тот факт, что в более поздней месопотамской литературе нет эпитетического различия между утренним и вечерним появлением Венеры, свидетельствует об очень, очень раннем признании этого явления.
