Открытия и исследования экзопланет

[L_Pt]

А что Вам не нравится - то что планеты с чуть большей массой вероятнее обладают намного более мощными атмосферами?
Более или менее можно говорить о суперземлях из камня без протяжённых атмосфер лишь в случае пяти планет (Kepler-10 b, Corot-7 b, Kepler-36 b, Kepler-48 b и KOI-1589 b). Из транзитных планет с радиусом в интервале 1 - 3 земных, плотности которых определены в первом приближении (в основном из TTV-эффекта) или с приемлемой точностью, их доля составляет как максимум одна треть. Ещё все эти пять планет исключительно горячи - их поверхностные температуры близки к 2000 K или больше. Но даже в этих случаях нельзя с уверенностью утверждать, что эти суперземли точно лишены атмофер, как минимум не менее мощных, чем земная.
Предполагать свойства суперземель с умеренными температурами (в зоне обитаемости звёзд) можно лишь из экстраполяции, а для таких суперземель она явно не в пользу землеподобности. Это видно уже сейчас.

Мне несколько не понравилось :

До каких пор «суперземля» остаётся «большой Землёй»? Когда она становится «маленьким Нептуном»?

Группа астрономов под руководством Гельмута Ламмера (Helmut Lammer) из Института космических исследований при Австрийской академии наук полагает, что такой границы нет. То есть если она и существует, то находится почти сразу за пределами массы и размера Земли. Иными словами, все так называемые суперземли на деле являются «мини-Нептунами».

Наличие мощных атмосфер, даже на порядок сильнее венерианской, не делает планету мини-нептуном.

[Olweg]

Логично предположить, что если даже относительно небольшая и горячая суперземля способна удержать первичную водородную оболочку, то Земля при её температурном режиме тоже вполне могла бы удержать. Но, как мы видим, этого не произошло. Почему? Вероятно, потому, что Земля образовалась слишком поздно, и весь водород был уже рассеян солнечным излучением. Почему же тогда "мининептуны" смогли сформироваться так быстро? Пока что - сплошные вопросы.

[Dayan]

Мне несколько не понравилось :

До каких пор «суперземля» остаётся «большой Землёй»? Когда она становится «маленьким Нептуном»?

Группа астрономов под руководством Гельмута Ламмера (Helmut Lammer) из Института космических исследований при Австрийской академии наук полагает, что такой границы нет. То есть если она и существует, то находится почти сразу за пределами массы и размера Земли. Иными словами, все так называемые суперземли на деле являются «мини-Нептунами».

Наличие мощных атмосфер, даже на порядок сильнее венерианской, не делает планету мини-нептуном.

А что, терминам "суперземля" и "мининептун" уже даны строгие определения и которые закреплены МАС?! Почему нельзя считать нептуном (не важно, мини или макси), скажем, планету, содержащую как минимум на 1% массы лёгких веществ (водорода, гелия и т.д.), или планету, атмосфера которой по мере "погружения" переходит в состояние сверхкритической жидкости, или просто суперземлю, на поверхности которой давление атмосферы больше чем у поверхности Венеры? Есть ещё "океанида" - некий переходный тип между суперземлями и мининептунами, тоже не совсем ясно как определять и где границы. Думаю, точное определение всего этого будет ещё не скоро.

[L_Pt]

А что, терминам "суперземля" и "мининептун" уже даны строгие определения и которые закреплены МАС?! Почему нельзя считать нептуном (не важно, мини или макси), скажем, планету, содержащую как минимум на 1% массы лёгких веществ (водорода, гелия и т.д.), или планету, атмосфера которой по мере "погружения" переходит в состояние сверхкритической жидкости, или просто суперземлю, на поверхности которой давление атмосферы больше чем у поверхности Венеры? Есть ещё "океанида" - некий переходный тип между суперземлями и мининептунами, тоже не совсем ясно как определять и где границы. Думаю, точное определение всего этого будет ещё не скоро.

Никогда не слышал, чтобы Венеру называли нептуном, мини или не очень. А ее атмосфера у поверхности имеет сверхкритические значения.

Конечно, можно всегда состлаться на отсутсвие точной официальной классификации планет. Но далее авторы статьи прямо пишут про массивные атмосферы из легких газов, занимающую большую часть объема планеты.

Что справедливо далеко не всех измеренных суперземель.

[Erandir]

Но даже в этих случаях нельзя с уверенностью утверждать, что эти суперземли точно лишены атмофер, как минимум не менее мощных, чем земная.

Согласно моделированию, горячие, более 1000 K, суперземли в узком смысле, те у которых преобладает железокаменный состав, могут иметь только тонкие атмосферы из продуктов испарения коры/магмы. Остальное, что не успевает пополняться - сдувает напрочь. http://arxiv.org/pdf/1110.2426v1.pdf
Верность модели могут проверить или опровергнуть наблюдения, но к сожалению близкие транзитные суперземли - это Gliese 1214 b и 55 Рака e - мало похожи на что-то землеподобное. Если повезёт и планета у Альфы Центавра окажется транзитной, то может случиться прорыв в понимании природы горячих лёгких планет. И от неё уже можно будет делать более точную аппроксимацию в сторону бОльших масс.

[Dayan]

Логично предположить, что если даже относительно небольшая и горячая суперземля способна удержать первичную водородную оболочку, то Земля при её температурном режиме тоже вполне могла бы удержать. Но, как мы видим, этого не произошло. Почему? Вероятно, потому, что Земля образовалась слишком поздно, и весь водород был уже рассеян солнечным излучением. Почему же тогда "мининептуны" смогли сформироваться так быстро? Пока что - сплошные вопросы.

А ведь находят протопланетные диски систем с задержкой развития (Звёзды могут быть поздними родителями). Может быть ещё, причиной маломощности атмосферы Земли является та, которая в том числе привела к возникновению Луны.

Никогда не слышал, чтобы Венеру называли нептуном, мини или не очень. А ее атмосфера у поверхности имеет сверхкритические значения.

Я нигде не говорил, что Венера - нептун, мини или не очень, и что ее атмосфера у поверхности имеет сверхкритические значения. Было приведено только несколько возможных вариантов определения термина "нептун", если заметили с помощью "или", что исключает все остальные варианты. (Хм, неужели я так пишу непонятно, что мне приписывают совсем другой смысл? За это даже не хочется отвечать.)

Конечно, можно всегда состлаться на отсутсвие точной официальной классификации планет.

Да, можно, потому что её действительно нет!

Но далее авторы статьи прямо пишут про массивные атмосферы из легких газов, занимающую большую часть объема планеты.

Что справедливо далеко не всех измеренных суперземель.

Неправда. Ни у одной из этих суперземель не искали протяжённых водородных оболочек (прозрачных для транзитного метода), заполняющих полость Роша, наподобие этой. Пока это крайне трудно сделать технически.

[L_Pt]

Dayan,во первых,  я нигде не утверждал, что вы мол говорили… Я отверг один из ваших вариантов определения, иначе тогда бы Венеру пришлось бы отнести к классу нептунов.

Неправда. Ни у одной из этих суперземель не искали протяжённых водородных оболочек (прозрачных для транзитного метода), заполняющих полость Роша, наподобие этой. Пока это крайне трудно сдалать технически.

Цитирую:

Но это мало утешает: по расчётам, толщина богатой водородом атмосферы должна превышать радиус планет, причём до нескольких раз.

[L_Pt]

Логично предположить, что если даже относительно небольшая и горячая суперземля способна удержать первичную водородную оболочку, то Земля при её температурном режиме тоже вполне могла бы удержать. Но, как мы видим, этого не произошло. Почему?

На форуме неоднократно поднимался вопрос устойчивости атмосфер.

Атмосфера устойчива миллиарды лет, если средняя квадратичная скорость молекул в экзосфере как минимум в 5 раз ниже второй космической. У Земли для водорода и гелия это условие однозначно не соблюдается.

[Erandir]

Интересно возможно ли существования планеты, массой с Землю, состоящей из водорода и гелия, с малым количеством других элементов

Водородно-гелиевая планета не может быть сколь угодно лёгкой. И дело тут не в механизмах планетогенеза – если рассмотреть зависимость масса-радиус для газовых планет, то планеты, легче 45 масс Земли при уменьшении массы увеличивают радиус. И чем моложе планета, тем это «раздувание» сильнее (подробнее – тут: http://arxiv.org/pdf/astro-ph/0612671v4.pdf). Т. о. вторая космическая скорость становится всё меньше, атмосфера всё проще улетучевается. Иными словами планета может существовать только при всё сильнее сужающимся диапазоне условий. Если продолжить такой мысленный эксперимент, то при какой-то Mmin (к сожалению, не скажу какой) атмосфера начнёт «вытекать» за полость Роша и процесс ещё ускорится – меньше масса – больше радиус – ещё больше интенсивность атмосферных потерь. Так что газовых «земель» нам не видать. А вот субгиганты, сравнимые массой с Нептуном – это пожалуйста и Kepler-30 d тому пример – общая масса 23,1 земных или 1,35 Нептуна, радиус 8,8 земных (2,27 Нептуна или 0,94 Сатурна), при массе ядра менее 10 земель (но и не равной 0, конечно).

На иллюстрации ниже – распределение масса-радиус для нептунов и (суб)сатурнов. Также обозначены кривые для планет с различной массой ядра, сверху вниз – 0, 10, 25 и 50 масс Земли. Сплошные линии – для эффективной температуры 260K, пунктирные – 875K. Все значения взяты для возраста 4,5 млрд л. Крестиками отмечены планеты Солнечной системы.

[vsf]

Если повезёт и планета у Альфы Центавра окажется транзитной, то может случиться прорыв в понимании природы горячих лёгких планет. И от неё уже можно будет делать более точную аппроксимацию в сторону бОльших масс.

Та планета слишком горяча и естественно всю атмосферу потеряла.

http://arxiv.org/pdf/1207.4245v1.pdf

Определение массы UCF-1.02 куда перспективней. Там и эффективная температура похоже близка к Земной и масса между Марсом и Землей.

Уже сейчас RV метод дает верхнюю оценку в 0.6 масс Земли на 3 сигма. А необходимо опуститься до 0.3 масс Земли. Вопрос лишь времени.

[Erandir]

Та планета слишком горяча и естественно всю атмосферу потеряла.

Так правильно:) Я же это писал в контексте проверки модели испарения коры и понимания физики планет между Альфой Центавра b и Kepler-10 b.

[Olweg]

Атмосфера устойчива миллиарды лет, если средняя квадратичная скорость молекул в экзосфере как минимум в 5 раз ниже второй космической. У Земли для водорода и гелия это условие однозначно не соблюдается.

Да, есть такое отношение. Можно сравнить с Землёй какую-нибудь из рассмотренных суперземель. У 55 Рака e масса, по последним данным, составляет 8.37 земных, а радиус - 2.17 земных, вторая космическая, таким образом, будет больше земной в 1.96 раза. Как оценить скорость молекул в экзосфере - не знаю, но пусть она будет зависеть только от эффективной температуры. Светимость 55 Рака - 0.58 солнечной, а большая полуось полуось орбиты планеты - 0.0156 ае, то есть планета должна получать в 2400 раз больше энергии на единицу площади, чем Земля, а температура, при одинаковом альбедо, будет в 7 раз выше. Средняя скорость молекул вырастет в 7^0.5=2.65 раза. То есть отношение, о котором вы говорили, будет несколько хуже, чем для Земли, процентов на 20. Но температура экзосферы зависит, конечно, не только от солнечной постоянной.

[L_Pt]

Да, есть такое отношение. Можно сравнить с Землёй какую-нибудь из рассмотренных суперземель. У 55 Рака e масса, по последним данным, составляет 8.37 земных, а радиус - 2.17 земных, вторая космическая, таким образом, будет больше земной в 1.96 раза. Как оценить скорость молекул в экзосфере - не знаю, но пусть она будет зависеть только от эффективной температуры. Светимость 55 Рака - 0.58 солнечной, а большая полуось полуось орбиты планеты - 0.0156 ае, то есть планета должна получать в 2400 раз больше энергии на единицу площади, чем Земля, а температура, при одинаковом альбедо, будет в 7 раз выше. Средняя скорость молекул вырастет в 7^0.5=2.65 раза. То есть отношение, о котором вы говорили, будет несколько хуже, чем для Земли, процентов на 20. Но температура экзосферы зависит, конечно, не только от солнечной постоянной.

Я ничего не нашел про водородную атмосферу у 55 Рака e. Было сообшение про обнаружение водородной короны у 55 Рака b. А для 55 Рака e  был получен только возможный верхний предел.
Были новые данные?

[Erandir]

Интересная статья: Правильно ли мы представляем «суперземли»? (Или источник - статья в Архиве Probing the Blow-Off Criteria of Hydrogen-Rich "Super-Earths")

К слову, только я заметил двух россиян там в списке авторов? А так, ну да, показали, что планеты Kepler-11 b-f, GJ 1214b  и 55 Cnc e, могут эффективно удерживать водород на протяжении своего существования. Для всех кроме последней это как бы было ясно и ранее, а для 55 Рака е, как мы знаем, был получен хороший предел на скорость истечения водорода исходя из которого там, по видимому, нет не только оного водорода, но и воды. Ещё один аргумент в пользу карбидной модели:)
 
Что касается остальных суперземель и субнептунов – хочется много наблюдений транзитов в Лайман-альфе – ведь это единственная возможность определения отношения фракций льдов и водорода (решение, получаемое исходя из радиуса и массы-то вырожденное), через характеристики водородной короны. Другими словами – выбор между двуслойной моделью и трёхслойной, и уточнение последней. К сожалению, сейчас такие измерения можно делать только на Хаббле, а это значит, что много наблюдений не будет как ни крути.

[alexday457]

Может быть ещё, причиной маломощности атмосферы Земли является та, которая в том числе привела к возникновению Луны.


Если бы Земля не столкнулось с "Луной" у нас бы сейчас была атмосфера Венеры!

[Searcher16]

http://arxiv.org/pdf/1207.4245v1.pdf

Определение массы UCF-1.02 куда перспективней. Там и эффективная температура похоже близка к Земной и масса между Марсом и Землей.

Уже сейчас RV метод дает верхнюю оценку в 0.6 масс Земли на 3 сигма. А необходимо опуститься до 0.3 масс Земли. Вопрос лишь времени.

Вы шутите? Для UCF-1.02 даже период неизвестен (хотя я считаю, что он лежит где-то в районе 5-7 дней, судя по продолжительности транзита)

А у ее более горячей 1,366-дневной соседки (UCF-1.01) эта задача ещё более-менее реальна, если за дело возьмется Северный HARPS 

[Arton]

Если бы Земля не столкнулось с "Луной" у нас бы сейчас была атмосфера Венеры!

Вы, наверное, хотели сказать: Если бы Венера не столкнулось с "Луной" у них бы сейчас была атмосфера Земли?

[Erandir]

Уже сейчас RV метод дает верхнюю оценку в 0.6 масс Земли на 3 сигма.

Вы шутите? Для UCF-1.02 даже период неизвестен

Это для действительно значение для UCF-1.01, см. на стр 10: http://arxiv.org/pdf/1207.4245v1.pdf

[Arton]

Не знаю, будет ли уместно в теме «Открытия новых экзопланет» обсуждать проблему закрытия экзопланет старых.
Тем не менее:
В январе 2013 года была закрыта двухпланетная система HD-16031
О какой достоверности существования еще незакрытых систем, в этой связи, может идти речь? И если это можно оценить в процентах.

[Dayan]

Согласно моделированию, горячие, более 1000 K, суперземли в узком смысле, те у которых преобладает железокаменный состав, могут иметь только тонкие атмосферы из продуктов испарения коры/магмы. Остальное, что не успевает пополняться - сдувает напрочь. http://arxiv.org/pdf/1110.2426v1.pdf

Это всё понятно (для меня это точно не требовалось объяснять!), но распределение планет по массам-радиусам не оканчивается сверхгорячими суперземлями наподобие Kepler-10 b или 55 Cnc e, что я пытался сказать в ответе #5463. Например, в той же системе, Kepler-10, есть и другая планета - Kepler-10 c, вероятнее относящаяся совсем к другому типу, хотя их масса может быть сравнимой.

А так, ну да, показали, что планеты Kepler-11 b-f, GJ 1214b  и 55 Cnc e, могут эффективно удерживать водород на протяжении своего существования. Для всех кроме последней это как бы было ясно и ранее, а для 55 Рака е, как мы знаем, был получен хороший предел на скорость истечения водорода исходя из которого там, по видимому, нет не только оного водорода, но и воды. Ещё один аргумент в пользу карбидной модели:)

Мысль авторов статьи (ответ #5453) заключается в том, что граница между суперземлями и нептунами (т.е. не содержащими лёгкие элементы и содержащими большую массу газов и воды планетами) расположена в области более низких масс (ближе к 1 земной), нежели было принято думать до этого (около 10 масс Земли). И я согласен с ними, поскольку из всех подтверждённых планет Кеплера, сверхгорячие и плотные - просто меньшинство! И ещё поскольку частота встречаемости планет растёт с увеличением периодов, согласно недавней статистике, то горячие суперземли среди всех суперземель (в широком смысле) - исключительное меньшинство. И поэтому, ни Kepler-10 b, ни тем более alf Cen B b и UCF-1.01, не являются типичными представителями всех суперземель в широком смысле (т.е. среди планет с массами 1-10 земных). Давайте уже оставим их в покое. В контексте границы суперземля-нептун (в смысле хим. состава), гораздо более интересным случаем является кандидат KOI-172.02, имеющая размер 1.5 земных. Очень интересно знать её массу и среднюю плотность, что она из себя представляет, но я больше чем уверен, что её состав не аналогичен земному!