Алан Босс
Алексей Левин: Профессор Босс, давайте прежде всего выясним, что дало Вашей науке открытие и изучение трех сотен экзопланет.
Алан Босс: Начнем с того, что в семействе уже открытых экзопланет большинство составляют газовые гиганты умеренной массы, экстрасолнечные кузены Юпитера и Сатурна. Отсюда следует, что такие планеты формируются достаточно часто, во всяком случае, около звезд главной последовательности, не слишком отличающихся от Солнца.
Однако уже известны относительно легкие планеты с большей средней плотностью вещества, которые обращаются как вблизи, так и вдали от своих звезд. Одни из них похожи на Уран и Нептун, в то время как другие скорее всего сложены из каменистых пород и в этом плане сходны с Землей и ее соседями. Это означает, что в нашей Галактике присутствуют планеты все тех же трех типов, представленных в Солнечной системе. Так что в этом плане планетное окружение Солнца отнюдь не является космической экзотикой.
А.Л.: Что все это означает в свете современных моделей планетогенеза?
А.Б.: Планетологи практически единодушны во мнении о процессах формирования каменистых планет, обращающихся в относительной близости от звезд. Согласно общепринятой модели, они возникают в допланетном рое за счет столкновения и слипания более мелких предшественников. Зародыши будущих планет поглощают своих соседей и быстро увеличиваются в размерах, одновременно очищая рой от его вещества.
Стоит отметить, что основы этой модели разработал замечательный московский планетолог Виктор Сафронов, с которым я неоднократно встречался. Более того, в 70-е годы я решил заняться именно теоретической планетологией после того, как прочел английский перевод его книги по теории планетообразования.
А.Л.: А как насчет планет из семейства газовых гигантов?
А.Б.: Большинство специалистов полагает, что плотные ядра газовых планет скорее всего образуются примерно так же, как и каменистые планеты - за счет аккумуляции твердых тел и их выметания из допланетного роя. Постепенно эти протопланеты достигают критической массы и начинают интенсивно поглощать встречающиеся на пути молекулы газа.
Можно себе представить, что именно так возникли Юпитер и Сатурн. Их образование можно объяснить аналогичным образом, однако с учетом того, что на их долю досталось много меньше газа. Эта теория существует уже три-четыре десятка лет и тоже восходит к работам Сафронова и его коллег.
А.Л.: Раз есть большинство, существует и меньшинство?
А.Б.: И Вы сейчас имеете дело с одним из его представителей. Лет 10 назад я начал работать над альтернативной моделью формирования газовых гигантов, в которой предполагается, что в допланетном газе возникают зоны гравитационной неустойчивости, благодаря которым формируются сгустки. Они сжимаются под действием собственной тяжести и аккумулируют мелкие твердые частицы, которые собираются в их центре и образуют ядро планеты. То есть, в сафроновской модели газовые оболочки формируются вокруг готовых каменистых ядер, в то время как у меня возникновение ядер оказывается вторичным процессом, следствием газовой конденсации.
Я называю свой подход еретическим, поскольку у него еще мало сторонников. Стоит отметить, что он задает намного более короткий темп формирования газовых гигантов по сравнению с аккреционной моделью. Вычисления показали, что газовые сгустки возникают всего за сотни лет, в то время как типичные сроки аккреционного формирования ядра в тысячи раз больше.
Скорее всего в образовании газовых гигантов задействованы оба процесса, дело лишь в том, когда какой доминирует. Если окрестности звезды бедны тяжелыми элементами, плотность твердых компонент допланетного роя окажется недостаточной для эффективной аккреции, и планетогенез начнется с газовой конденсации. А в обратной ситуации аккреция может преобладать.
Во всяком случае, планеты с наиболее массивными твердыми ядрами, по всей вероятности, образуются именно по аккреционному сценарию. Можно допустить также, что нередко оба процесса на равных принимают участие в формировании планет. Но мы еще слишком мало знаем, чтобы сделать окончательные выводы.
А.Л.: Наш Юпитер сильно удален от Солнца, и это никого не удивляет. Но откуда берутся горячие газовые гиганты?
А.Б.: Это и в самом деле серьезная проблема. Они никак не могли возникнуть там, где пребывают в настоящее время - в пронизанных быстрыми частицами и излучениями окрестностях звезд. Общепризнано, что они сформировались на приличном удалении от звезд, а затем как-то переместились на свои нынешние орбиты.
Для объяснения этих путешествий существуют два основных подхода. Один из них предполагает, что горячие Юпитеры возникали вблизи других планет, которые отшвырнули их к звездам благодаря эффекту гравитационной рогатки. В соответствии с законом сохранения углового момента сами эти планеты должны уйти на отдаленные орбиты с большими периодами, где их трудно обнаружить современными методами.
Но этот сценарий не особенно популярен. При подобном механизме миграции типичные финальные орбиты должны быть сильно вытянутыми, а мы знаем множество горячих Юпитеров, которые движутся практически по круговым траекториям. Правда, можно предположить, что сначала они действительно выходили на орбиты с большими эксцентриситетами, которые превращались в окружности за счет приливных сил. Тем не менее, явный дефицит горячих Юпитеров на эксцентрических орбитах представляет для этой модели немалые затруднения.
Согласно другому сценарию, горячие Юпитеры формируются столь быстро, что не успевают вымести вещество из протопланетного диска. В этом случае притяжение планеты может породить внутри диска волновые возмущения, создающие центростремительную силу, которая по спирали толкает планету к звезде.
В результате этих возмущений газ растрачивает энергию на внутреннее трение и падает на звезду, увлекая за собой планету. В конце концов планета стабилизируется поблизости от звезды на круговой или почти круговой орбите, хотя причины этого еще не выяснены. Возможно, это происходит под влиянием приливных сил или же под воздействием звездного магнитного поля.
А.Л.: Нам остается лишь порадоваться, что в Солнечной системе ничего такого не случалось.
А.Б.: Вполне согласен. Космические катаклизмы плохо сочетаются с возникновением и развитием жизни, тем более разумной.
