Три группы планет

[Юрий Б.]

Вот диаграмма масса-полуось для экзопланет из Википедии:



Цвет точки означает метод открытия. Горизонтальная ось — размер большой полуоси. Вертикальная ось — масса. Для сравнения белым цветом обозначены планеты солнечной системы

Ясно виды две кучки точек - слева и справа. И еще одна, менее выраженная, под левой.

Что может означать такое распределение?

[Проходящий Кот]

По моему, это следствие возможностей наблюдения......

[vika vorobyeva]

По моему, это следствие возможностей наблюдения......

Совершенно верно.
Судя по всему, зелеными точками отмечены планеты, открытые транзитным методом, синие точки отмечают планеты, открытые методом лучевых скоростей, и красные - планеты, открытые с помощью получения прямых изображений в ИК-лучах.
Зеленые точки концентрируются в области тесных орбит и малых периодов, поскольку вероятность транзитной конфигурации ~1/a (где а - большая полуось планеты). Синие точки скапливаются в районе периодов в несколько лет, потому что планеты с бОльшими периодами пока не завершили полный облет своей звезды и не обнаружились в рамках RV-обзоров. Наконец, прямо сфотографировать можно только массивные горячие планеты на очень широких орбитах.
Кроме того, резкий дефицит маломассивных планет объясняется огромными трудностями в их обнаружении.

Так что пока рано строить планетную диаграмму Герцшпрунга-Рассела

[Nucleosome]

вообще получается недобор планет с массами около сатурна - 30 - 100 земных. но вообще в экзопалентах странно другое - если откинуть явную изберательность методики обнаружения - диаграмма срезана в нижней части чуть ли не по ровной диагональной линии, но получается распредление точек почти равномерное, что говорит о том, что какие угодно планеты могут образовываться где угодно... и ещё то, что наша планетная система какая-то "кривая" - потому что если в известные даже напихать планеты с похожими на наши орбиты, то нашей системы не получается - ни горячих нептунов, ни очень близких планет - какие соатавляют большинство открытых, у нас нет... не знаю, конечно, но сопостовляя эти два факта кажется что тут как будто что-то не то...

[Крупин]

   На первый взгляд кажется, что имеет место полный хаос и никакого порядка нет. Но на самом деле как наша Солнечная система, так и экзопланетные системы и даже спутниковые системы планет-гигантов построены по одному сценарию:

https://astronomy.ru/forum/index.php?topic=77931.0

[vika vorobyeva]

вообще получается недобор планет с массами около сатурна - 30 - 100 земных. но вообще в экзопалентах странно другое - если откинуть явную изберательность методики обнаружения - диаграмма срезана в нижней части чуть ли не по ровной диагональной линии, но получается распредление точек почти равномерное, что говорит о том, что какие угодно планеты могут образовываться где угодно...

Именно так.
Есть несколько реальных трендов:
1. Резкий дефицит планет всех размеров на самых тесных орбитах (короче 2 суток).
2. Количество планет обратно пропорционально квадрату их радиусов (по данным Кеплера, эта зависимость достаточно четко выполняется до планет радиусом в 2 земных, ниже начинается неполнота данных).
3. Тесные орбиты, как правило, отличаются малым эксцентриситетом.
В остальном все именно так, как Вы сказали: у наугад взятой звезды любые планеты могут находиться на любом расстоянии и иметь произвольные параметры. Все, что нас ограничивает - это требование динамической устойчивости системы.

[Klapaucius]

2. Количество планет обратно пропорционально квадрату их радиусов (по данным Кеплера, эта зависимость достаточно четко выполняется до планет радиусом в 2 земных, ниже начинается неполнота данных).

Интересно было бы нарисовать такой график для солнечной системы, включив в него максимум спутников планет и астероидов. Ограничившись орбитой Плутона для начала

[Golossvyshe]

   На первый взгляд кажется, что имеет место полный хаос и никакого порядка нет. Но на самом деле как наша Солнечная система, так и экзопланетные системы и даже спутниковые системы планет-гигантов построены по одному сценарию:

https://astronomy.ru/forum/index.php?topic=77931.0

Правило Тициуса-Боде применительно к экзопланетам
http://starmission.ru/blog/exoplanets/primenenie-pravila-ticiusa-bode-k-ekzoplanetam.html

[Крупин]

   На первый взгляд кажется, что имеет место полный хаос и никакого порядка нет. Но на самом деле как наша Солнечная система, так и экзопланетные системы и даже спутниковые системы планет-гигантов построены по одному сценарию:

https://astronomy.ru/forum/index.php?topic=77931.0

Правило Тициуса-Боде применительно к экзопланетам
http://starmission.ru/blog/exoplanets/primenenie-pravila-ticiusa-bode-k-ekzoplanetam.html

    Что же говорится в ссыльной статье?

Одна из наиболее хорошо «населенных» и хорошо изученных экзопланетарных систем — 55 Cancri (или 55 Рака). В 2008 году в мексиканском «Журнале Астрономии и Астрофизики» была опубликована статья, пытающаяся применять правило Тициуса-Боде к этой системе. В указанном исследовании классическое правило не могло подойти, но, из пяти планет известных на тот момент, исследователи смогли подобрать к системе схожую экспоненциальную функцию. С помощью своего «шаблона» они обнаружили, что у солнечной системы, похожей на нашу собственную, была «недостающая планета», которая должна быть пятой от родительской звезды. Также выяснилось, что она должна лежать на расстоянии примерно 2 а.е. Однако с момента публикации работы, орбитальные особенности системы были значительно пересмотрены, что отбросило предположение исследования 2008 года.

Не смотря на это недавно была написана другая работа, которая обновила «шаблон» для системы 55 Cancri. На сей раз, автор был вынужден допустить вероятность четырех не открытых планет. Если они действительно существуют, то одна из планет должна располагаться на расстоянии 1,5 а.е., а для данной системы это означает, что планета может оказаться в зоне пригодной для жизни.

Но как на счет других планетарных систем? В настоящее время известно только несколько систем, которые достаточно изучены, чтобы приступать к исследованию вероятности таких отношений. В одной из статей, выпущенных в 2010 году, отмечалось, что на тот момент было известно только 15 систем с тремя (или больше) планетами. Таким образом, остается только ждать, пока астрономы найдут больше систем и обнаружат больше планет. Вероятность того, что будет обнаружена планета с помощью правила Тициуса-Боде, не исключена.

    Подогнать, да ещё с использованием аж 4-х "пропущенных" планет можно что угодно. Но даже при таких вольностях удалось применить "закон" лишь к одной экзопланетной системе. Я же свою закономернось применил к семи системам с 5-ю или более объектам, которые были известны в то время.



   Это таблица из темы: https://astronomy.ru/forum/index.php?topic=77931.0

[Альт]

    Что же говорится в ссыльной статье?

   В ссыльно-каторжной статье.

[vika vorobyeva]

Интересно было бы нарисовать такой график для солнечной системы, включив в него максимум спутников планет и астероидов. Ограничившись орбитой Плутона для начала

Составила список самых крупных объектов Солнечной системы (за вычетом Солнца) по мере убывания радиуса. И вот что получилось.
Юпитер  - 71500 км
Сатурн – 60300 км
Уран – 25600 км
Нептун – 24800 км
Земля – 6400 км
 Венера – 6050 км
Марс – 3400 км
Ганимед  – 2630 км
Титан – 2580 км
Меркурий – 2440 км
Каллисто – 2440 км
Ио – 1820 км
Луна – 1740 км
Европа – 1560 км
Тритон – 1350 км
Эрида – 1160 км
Плутон – 1150 км
Титания 789 км
Рея - 764 км
Оберон - 761 км
Япет - 718 км
Умбриэль - 585 км
Ариэль - 579 км
Диона - 559 км
Тефия - 530 км
Церера 500 км
Список явно надо дополнять ТНО, поскольку в интервале радиусов 500-1000 км их должно быть приличное количество.
Пока (без ТНО) картина такая:
В интервале 40-80 тыс.км - 2 планеты,
20-40 тыс. км - тоже 2 планеты,
10-20 тыс. км - пусто,
5-10 тыс. км - 2 планеты,
2.5-5 тыс. км - 3 объекта,
1.25-2.5 тыс. км - 6 объектов,
625-1250 км - 6 объектов
312-625 км - 5 объектов.
Явной зависимости N ~ R^-2 не просматривается, хотя с уменьшением размеров небесных тел их количество увеличивается.

[vika vorobyeva]

Поискала ТНО, нашлась целая куча.
Хаумеа - 800 км,
Седна - 600-800 км,
Макемаке - 710 км,
Харон - 605 км,
2002 ТС₃₀₂ - 572 км,
Оркус - 473 км,
2002 UX₂₅ - 455 км,
Квавар - 445 км,
2002 AW₁₉₇ - 445 км,
2007 OR₁₀ - 440 км,
Иксион - 410 км,
Варуна - 400 км.
Итого, в интервале радиусов 625-1250 км 6+3 = 9 объектов,
в интервале 312-625 км - 5+9 = 14 объектов.
Таким образом, увеличение количества объектов по мере уменьшения их размеров стало более явным.

Upd Вообще, ощущение, что список ТНО подходящих размеров не полон и что в интервале радиусов 312-625 км их должно быть гораздо больше.

[Крупин]

   насчёт распределения ТНО по размерам. Да, их число растёт по мере уменьшения размеров, однако, далеко не в той степени, как ожидали теоретики. Об этом тема:

https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,68259.0/all.html

[vika vorobyeva]

В общем, на мой взгляд, картина складывается такая.
Зависимость N ~ R^-2 верна в общем и целом, но не верна для каждой отдельной планетной системы. Видимо, процесс планетообразования во многом случаен, и на него влияет множество факторов.
Косвенно это подтверждается спутниковыми системами планет-гигантов Солнечной системы:
у Юпитера - 4 крупных регулярных спутника и куча мелочи как на тесных орбитах, так на окраинах сферы Хилла, спутников средних размеров (~1000-1500 км) нет совсем;
у Сатурна - 1 крупный спутник, несколько спутников средних размеров и куча мелочи на любой мало-мальски динамически устойчивой орбите;
у Урана - крупных спутников нет вообще, есть несколько регулярных спутников средних размеров и мелочь;
у Нептуна - один крупный спутник на ретроградной орбите, есть мелочевка, но нет средних спутников.
То есть планетные системы, по идее, должны отличаться большим разнообразием, в том числе и качественным. На одном конце ряда будут располагаться сильно возмущенные неправильные (и оттого - малонаселенные) планетные системы вроде HD 80606, где, очевидно, кроме гиганта HD 80606 b ближе 3-4 а.е. ничего нет, а на другом - плотные компактные системы из маломассивных планет вроде HD 10180, где внутри орбиты Венеры упаковано 5-6 планет на круговых орбитах. Солнечная система расположена где-то посередине

[Kweni]

Upd Вообще, ощущение, что список ТНО подходящих размеров не полон и что в интервале радиусов 312-625 км их должно быть гораздо больше.

А значит, должен существовать и сайт, где их будет намного больше:
http://www.gps.caltech.edu/~mbrown/dps.html
Ну-ка, какая зависимость получится с учётом трёх десятков ТНО диаметром 600 км и больше?

у Юпитера - 4 крупных регулярных спутника и куча мелочи как на тесных орбитах, так на окраинах сферы Хилла, спутников средних размеров (~1000-1500 км) нет совсем;
у Сатурна - 1 крупный спутник, несколько спутников средних размеров и куча мелочи на любой мало-мальски динамически устойчивой орбите;
у Урана - крупных спутников нет вообще, есть несколько регулярных спутников средних размеров и мелочь;

Я слышал, есть правило, что спутники составляют некую примерно одинаковую долю от массы планеты (из–за способа их образования), и всё дело в том, что Уран сам меньше Юпитера, потому и спутники у него меньше размером.

А в кольцах Сатурна и среди астероидов другая степень – 3,5 а не квадрат:

The size of Saturn’s ring particles extends over many decades, from fine dust to embedded
moonlets, kilometers across (see chapter by Cuzzi et al.). The observations can often be fit with a
size distribution following a power law
N(a) da = C0 a^-q da for amin < a < amax, Eq. 1
where N(a)da is the number of particles with radius between a and a+da, C0 is a constant related
to the total opacity, and amin and amax are the radii of the smallest and largest particles in the
distribution. Typical values of q are around 3 for a<10m and range from 5 to 11 for a>10m (see
Table 1 and Tiscareno et al., 2006; Sremčević et al., 2007 ). Note that q~3.5 is also characteristic
of the asteroid belt

[vika vorobyeva]

А значит, должен существовать и сайт, где их будет намного больше:
http://www.gps.caltech.edu/~mbrown/dps.html
Ну-ка, какая зависимость получится с учётом трёх десятков ТНО диаметром 600 км и больше?

Спасибо за ссылку!
Если опираться на таблицу с сайта Майкла Брауна, то ТНО в интервале радиусов 625-1250 км 6 штук (Эрида, Плутон, Хаумеа, Макемаке, Седна и 2007 OR10), а в интервале радиусов 312-625 км - 20 штук. Считая список полным (а он наверняка не полон), получаем, что объектов Солнечной системы в интервале радиусов 625-1250 км 10 штук (4 спутника + 6 ТНО), а в интервале радиусов 312-625 км 25 штук (4 спутника, Церера и 20 ТНО).
Вполне возможно, что при переходе к более мелким телам показатель степени растет (т.е. мы не можем описать всю совокупность небесных тел одним степенным законом с одинаковым показателем степени в интервале от планет до пыли).

у Юпитера - 4 крупных регулярных спутника и куча мелочи как на тесных орбитах, так на окраинах сферы Хилла, спутников средних размеров (~1000-1500 км) нет совсем;
у Сатурна - 1 крупный спутник, несколько спутников средних размеров и куча мелочи на любой мало-мальски динамически устойчивой орбите;
у Урана - крупных спутников нет вообще, есть несколько регулярных спутников средних размеров и мелочь;

Я слышал, есть правило, что спутники составляют некую примерно одинаковую долю от массы планеты (из–за способа их образования), и всё дело в том, что Уран сам меньше Юпитера, потому и спутники у него меньше размером.

Я говорила не о совокупной массе спутников, а об архитектуре спутниковой системы. В конце концов, масса Нептуна мало отличается от массы Урана, а крупный спутник у него есть (зато нет средних). У спутников Урана эксцентриситет мал, а у Нереиды - 0.75! То есть строение системы зависит не только от массы центрального тела, но и от истории ее возникновения и развития.
Понятно, что чем массивнее центральное тело, тем выше и масса протопланетного/протоспутникового диска, но эта зависимость не жесткая. Открыты же планеты-гиганты у красных карликов! Отношение массы спутников Юпитера к массе самого Юпитера равно 1:4800, а отношение массы планет к массе Солнца - примерно 1:800.

[Kweni]

Нептун - исключение, поскольку, по всем гипотезам, Тритон не исконный спутник, а захваченный.
Сикоракс - спутник Урана, у которого эксцентриситет 0,52, что не так уж далеко до Нереидиных 0,75

А в остальном архитектура спутниковых систем довольно однообразна.
Если тот же Уран увеличить до размеров Юпитера, то его «средние» спутники вырастут до размеров галилеевых.
Или, пусть мы знаем, что по размерам Мимас < Энцелад < Тефия < Диона < Рея < Титан > Япет. Пусть на основании этого мы предскажем, что и у Урана и Юпитера размер крупных спутников тоже будет увеличиваться вплоть до предпоследнего. Это предсказание оправдается за единственным исключением Европы, которая меньше Ио, да и то ненамного.

[Крупин]

Или, пусть мы знаем, что по размерам Мимас < Энцелад < Тефия < Диона < Рея < Титан > Япет.

    Однако, существует одна странность - частая встречаемость "близнецовых" пар как среди планет, так и регулярных спутников. Причём близнецы, очень близкие по размерам, расположены по соседству.  Например, среди Сатурновых спутников есть пары Мимас-Энцелад и Тефия-Диона, среди планет Земля-Венера. Явление, не очень вписывающееся в представление о хаотическом формировании планет - бильярдную схему.
 

[Zhak RRR]

  А мне кажется тут зависимость в солнечной системе, что вы уловили по зависимости спутников от Масс тел только теория, мы же ничего не знаем о спутниках планет около других звёзд, надеюсь Кеплер за пять лет уловит хоть один из них! Строить статистику по одной системе глупо, так как нет в нашей галактики систем копий нашей, и условия образования планет тоже разные. До 95 года считали что планеты не могут так близко подлетать к звёздам, а оказалась что чуть 20 процентов Звёзд имеют горячие Земли, Юпитеры, Нептуны на очень тесных орбитах, так что теорию дорабатывать надо ещё 10 лет!!! И в иммиграцию я тоже особо не верю! Удивляет то что в обще такие системы могут быть стабильными миллиарды лет, такие тесные орбиты жуть, резонанс один!

[ivanij]

Удивляет то что в обще такие системы могут быть стабильными миллиарды лет, такие тесные орбиты жуть, резонанс один!

Это не совсем так. "Слияния" близких планет со звёздами бывают сравнительно часто:
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,95031.msg1924817.html#new