Novye svidetel'stva v pol'zu sushestvovaniya planetnoi sistemy okolo Vegi |
Sprava vverhu: Krupneishii v mire submillimetrovyi teleskop imeni Dzheimsa Klarka Maksvella (Mauna-Kea, Gavaii) v rabochem polozhenii. Shtorki bashni otkryty, no teleskopa ne vidno: 15-metrovoe alyuminievoe zerkalo spryatano pod tonkoi membranoi, prozrachnoi dlya submillimetrovyh voln. Britanskie astronomy iz Astronomicheskogo tehnologicheskogo centra Korolevskoi observatorii v Edinburge znachitel'no uvelichili shansy Vegi na obladanie planetnoi sistemoi. Prichem sistemoi, kotoraya bol'she pohozha na nashu sobstvennuyu, chem na te ekzoticheskie, kotorye obnaruzheny v poslednie gody okolo drugih zvezd. Bol'shinstvo iz sotni planet, naidennyh k nastoyashemu vremeni, okazalis' gazovymi gigantami na blizkih k zvezdam orbitah. Stol' neozhidannaya konfiguraciya sil'no otlichaetsya ot privychnogo nam raspredeleniya planet okolo Solnca. Angliiskie astronomy primenili novuyu tehniku komp'yuternogo modelirovaniya dlya ob'yasneniya struktury togo slabogo pylevogo diska, kotoryi uzhe davno byl zamechen okolo Vegi. Rezul'taty modelirovaniya luchshe vsego vosproizvodyat nablyudaemuyu strukturu diska pri nalichii okolo Vegi planety, podobnoi Neptunu po masse, kotoraya nahoditsya na orbite, sravnimoi s orbitoi Neptuna po razmeru. Shirokaya obrita predpolagaemoi neptuno-podobnoi planety ostavlyaet ogromnoe prostranstvo dlya orbit nebol'shih kamennyh planet tipa Zemli v central'nyh oblastyah sistemy Vegi. Tehnika modelirovaniya britanskih astronomov, opisannaya v Astrofizicheskom zhurnale ot 1 dekabrya 2003 goda, opiraetsya na nablyudeniya, poluchennye s pomosh'yu samoi chuvstvitel'noi na segodnyashnii den' v mire submillimetrovoi kamery SCUBA, sozdannoi v tom zhe Astronomicheskom tehnologicheskom centre Korolevskoi observatorii i ustanovlennoi na teleskope imeni Dzheimsa Klarka Maksvella (Gavaii). Na snimke kamery SCUBA viden okruzhayushii Vegu disk, obrazovannyi holodnoi pyl'yu s temperaturoi vsego -180œS.
Ris. 1. Submillimetrovyi snimok holodnogo pylevogo diska vokrug Vegi v polose 0,85 mm, poluchennyi na teleskope imeni Dzheimsa Klarka Maksvella v 1998 godu. Disk povernut k nam pochti plashmya. Horosho vidny dva yarkih sgusheniya, uslovno okrashennye v zheltyi i krasnyi cveta. Zvezdu pochti ne vidno - ee polozhenie mezhdu dvumya sgusheniyami otmecheno zvezdochkoi. Disk imeet dovol'no bol'shie razmery, kak minimum v dva raza prevoshodyashie orbitu Neptuna. Malaya koncentraciya pyli v neposredstvennoi blizosti ot zvezdy - pervyi i ochen' veskii namek na sushestvovanie tam planetnoi sistemy. Odnako britanskie astronomy sfokusirovali svoe vnimanie ne na central'noi polosti, a na dvuh sgusheniyah v diske zvezdy, pytayas' vosproizvesti v svoih modelyah ih poyavlenie v diske. Poluchennaya imi model' risuet kartinu, ochen' napominayushuyu nashu sobstvennuyu planetnuyu sistemu. Perecherknutyi kvadrat oboznachaet polozhenie predpolagaemoi planety. Rasstoyanie mezhdu neyu i zvezdoi 65 a.e. - vdvoe bol'she rasstoyaniya ot Solnca do Neptuna. Shirina snimka 50". Nepravil'naya forma diska - eto i est' klyuch, kotoryi pozvolil Marku V'yattu (avtoru raboty) sdelat' vyshenazvannoe zaklyuchenie o nalichii okolo Vegi neptuno-podobnoi planety. Hotya my ne mozhem videt' ee neposredstvenno, ee gravitaciya vozmushaet pylevoi disk i obrazuet v nem sgusheniya, kotorye i uvidel submillimetrovyi teleskop Maksvella. Modelirovanie predpolagaet, chto neptuno-podobnaya planeta sformirovalas' na bolee blizkoi k Vege orbite, chem nyneshnyaya. Po mere migracii planety s ishodnoi orbity na nyneshnyuyu - shirokuyu (na chto ushlo okolo 56 mln. let), ona uvlekla s soboi mnozhestvo planetezimalei, zahvativ ih na rezonansnye orbity, chto i privelo k obrazovaniyu sgushenii v pylevom diske. "V tochnosti to zhe sluchilos' kogda-to i v Solnechnoi sisteme, - utverzhdaet V'yatt. - Neptun postepenno migriroval na bolee udalennuyu ot Solnca orbitu iz-za prisutstviya vnutri Yupitera. Raz tak, ne isklyucheno, chto imeya neptuno-podobnuyu planetu s analogichnoi sud'boi i svoistvami, Vega mozhet obladat' eshe odnoi massivnoi yupitero-podobnoi planetoi na menee shirokoi orbite". "Model' mozhno proverit' kak minimum dvumya sposobami, - ob'yasnyaet Vain Holland, provodivshii nablyudeniya Vegi neposredstvenno na teleskope Maksvella. - Ona predskazyvaet, chto sgusheniya v diske dolzhny obrashat'sya vokrug Vegi s periodom priblizitel'no trista let. Povtoriv nablyudeniya cherez neskol'ko let my uzhe dolzhny zametit' ih vzaimnoe smeshenie. Model' takzhe predskazyvaet nalichie v diske bolee tonkoi struktury. Ee sushestvovanie mogut podtverdit' ili oprovergnut' sleduyushie pokoleniya submillimetrovyh teleskopov i priemnyh kamer". Kak eto ne paradoksal'no, no na snimke kamery SCUBA sama zvezda edva proyavilas'. Vse delo v tom, chto ona slishkom goryacha dlya detektorov, rabotayushih v dal'nem IK-diapazone. V opticheskom zhe vse stanovitsya na svoi mesta - Vegu ochen' legko naiti na nebe nevooruzhennym glazom. V severnyh shirotah ona uderzhivaet tret'e mesto po yarkosti na nebe i imeet slegka golubovatyi ottenok.
Neskol'ko faktov, kasayushihsya Vegi: • Vega - pyataya po yarkosti zvezda nebosvoda i tret'ya v severnom polusharii
neba. perevod: |
Istochnik
(na angliiskom yazyke): 
| Kommentarii k press-relizu
Esli vy nikogda ne chitali o pylevyh diskah, ih dinamike i evolyucii, esli zodiakal'nyi svet ili poyas Koipera v nashei sobstvennoi planetnoi sisteme ne popadali v fokus vashego pristal'nogo vnimaniya, - vozmozhno, nekotorye detali etogo press-reliza pokazhutsya vam chistoi abrakadabroi. Ne beda. Te razdely nebesnoi mehaniki, kotorye izuchayut pylevye diski i orbital'nye rezonansy, deistvitel'no malo osvesheny v populyarnoi literature. Vospolnim eto probel. Podpityvaemye pylevye diski Vega byla pervoi zreloi zvezdoi, isklyuchaya Solnce, u kotoroi byl obnaruzhen pylevoi disk. Eto sluchilos' v 1983 godu - srazu posle vyvoda na orbitu infrakrasnoi observatorii IRAS. S teh por takie diski byli obnaruzheny u mnogih blizkih zvezd glavnoi posledovatel'nosti. Obratite vnimanie na slova "glavnoi posledovatel'nosti": rech' idet ne o teh plotnyh akkrecionnyh diskah, kotorye povsemestno nablyudayutsya okolo formiruyushihsya zvezd, eshe tol'ko gotovyashihsya k vyhodu na glavnuyu posledovatel'nost' (tak nazyvaemye materinskie diski, iz kotoryh rastushaya protozvezda cherpaet massu). Rech' idet o bolee razrezhennyh, opticheski tonkih diskah okolo zvezd, vozrast kotoryh mnogokratno prevoshodit samye smelye ocenki sroka sushestvovaniya pylevogo diska okolo zvezdy posle ee rozhdeniya. Vyhodit, diski, perezhivshie etap formirovaniya zvezdy, podpityvayutsya: nekii process nepreryvno postavlyaet v nih novuyu pyl'. Pyl' mozhet voznikat' dvumya putyami: (1) kondensaciei iz gazoobraznoi substancii ili (2) razrusheniem i izmel'cheniem bolee krupnyh tverdyh tel. Pervyi iz etih processov nablyudaetsya, k primeru, v atmosfere nekotoryh krasnyh gigantov. Tam kondensiruetsya uglerod-soderzhashaya pyl' (kopot'), za chto eti zvezdy chasto nazyvayut koptyashimi. Esli by astronomam udalos' na sto procentov isklyuchit' gipotezu o kondensacionnom mehanizme podpitki pylevyh diskov okolo zvezd glavnoi posledovatel'nosti (a nekotorye astronomy v etom uzhe ne somnevayutsya), mozhno bylo bez ogovorok govorit' o nalichie v etih diskah bolee krupnyh chem pyl' tel.
Ris. 2. Podpityvaemyi pylevoi disk okolo Fomal'gauta - risunok hudozhnika. V kachestve istochnika pyli mogut vystupat' planetezimali raznogo kalibra, nachinaya ot kameshkov i snezhkov i vplot' do mnogokilometrovyh asteroidov i komet. Oni mogut drobit'sya pri stolknoveniyah; ih oskolki v svoyu ochered' tozhe drobyatsya i mnozhatsya, i tak dalee - do polucheniya "muki melkogo pomola" (etot process nazyvaetsya stolknovitel'nym kaskadom). Pri etom imenno "muka", to est' mel'chaishaya pyl', vnosit osnovnoi vklad v teplovoe izluchenie diska, ibo ploshad' poverhnosti naimen'shih chastic diska naibol'shaya. Esli by v diske ne sushestvovalo postoyanno deistvuyushego istochnika novoi pyli, on by ochen' bystro razrushilsya. Inymi slovami, pylevoi disk sam po sebe - efemernoe obrazovanie. Vo vzaimnyh stolknoveniyah pylevye chasticy izmel'chayutsya. No chem men'she srednii razmer chastic v diske dannoi massy, tem bol'she ih summarnoe sechenie. Znachit veroyatnost' stolknovenii uvelichivaetsya i chasticy drobyatsya eshe intensivnee. Stolknovitel'nyi kaskad, takim obrazom, okazyvaetsya lavinoobraznym processom. Kogda chasticy stanovyatsya dostatochno melkimi im nachinayut ugrozhat' srazu neskol'ko opasnostei: isparenie, luchevoe davlenie ili poterya uglovogo momenta pod deistviem effekta Pointinga-Robertsona. S ispareniem vse ponyatno. Esli chastica okazhetsya chereschur melkoi, davlenie sveta mozhet peresilit' gravitaciyu, i togda pylinka navsegda pokinet disk po giperbolicheskoi traektorii, obrashennoi vypuklost'yu k zvezde. Tak rabotaet vtoroi razrushayushii faktor. Odnako, dazhe esli ona ostaetsya dostatochno krupnoi, ei ugrozhaet ne menee strashnaya opasnost': teryaya uglovoi moment pod deistviem effekta Pointinga-Robertsona, pylinka nachnet neobratimo sblizhat'sya so zvezdoi. Dostignuv nekotorogo rasstoyaniya, ona poprostu isparitsya. Effekt Pointinga-Robertsona, zastavlyayushii pylevuyu chasticu teryat' skorost', mozhno naglyadno ob'yasnit' bez formul. Delo v tom, chto dvizhushayasya po orbite pylinka nepreryvno lovit fotony, idushie ot zvezdy strogo v radial'nom napravlenii. A pereizluchaet ih v vide teplovyh kvantov v raznye storony simmetrichno tol'ko v svoei sisteme otscheta. Esli zhe pereiti v sistemu otscheta, nepodvizhnuyu otnositel'no zvezdy, eti kvanty budut izluchat'sya preimushestvenno v napravlenii dvizheniya chasticy - v etom ves' fokus. Po zakonu sohranieniya impul'sa chastica budet tormozit'sya i sblizhat'sya so zvezdoi.
Ris. 3. Illyustraciya k effektu Pointinga-Robertsona. Idushie ot zvezdy fotony, slovno naezdniki, "sadyatsya na sheyu" pylevym chasticam (pogloshayutsya imi). Buduchi razmenyannymi na neskol'ko teplovyh fotonov, oni "slezayut s konya na polnom skaku", sohranyaya v srednem napravlenie dvizheniya pylevoi chasticy i unosya s soboi chast' ee uglovogo momenta. V svete vysheskazannogo, sovershenno udivitel'nym okazyvaetsya tot fakt, chto dolya zvezd glavnoi posledovatel'nosti, u kotoryh imeyutsya pylevye diski (imenno podpityvaemye, a ne materinskie), uzhe segodnya ocenivaetsya ne menee 15% ot obshego ih chisla. I eto pri tom, chto do nastoyashego vremeni astronomam byli dostupny lish' samye moshnye iz nih. (Bol'shie nadezhdy v otnoshenii obnaruzheniya bolee slabyh diskov vozlagayutsya na budushie proekty infrakrasnyh i submillimetrovyh teleskopov, takie kak orbital'nyi NGST, letayushaya observatoriya SOFIA ili nazemnyi massiv ALMA.) Obratite vnimanie: dolya zvezd s podpityvaemymi diskami okazyvaetsya gorazdo vyshe, chem dolya zvezd glavnoi posledovatel'nosti, u kotoryh iskateli ekzoplanet obnaruzhili do-zvezdnyh kompan'onov (okolo 5%). Zadumaites' na etim, i vam stanet ochevidno, chto dopler-metod, ispol'zuemyi segodnya dlya poiska inyh planetnyh sistem, otkryvaet lish' verhushku aisberga. On lovit tol'ko planety-giganty, da i to na blizkih orbitah. Pylevye diski, naoborot, obnazhayut samoe donyshko aisberga - "muku", ostavshuyusya posle pomola bolee krupnyh planetezimalei. Kak razglyadet' srednyuyu chast' aisberga, planety melkogo i srednego kalibra? Okazyvaetsya, o nih mogut koe-chto rasskazat' vse te zhe pylevye diski! Tochnee, ih struktura. Imenno na nei sosredotocheno v poslednie gody vnimanie mnogih astronomov, v tom chisle i Marka V'yatta. Vega-podobnye zvezdy i fenomen Vegi Nalichie diska vokrug zvezdy opredelyaetsya po izbytku teplovogo izlucheniya v infrakrasnom svete i submillimetrovom diapazone. Eto i est' svechenie pylevoi komponenty diska, podogrevaemoi svetom zvezdy. So vremeni otkrytiya diska u Vegi zvezdy s podobnymi izbytkami chasto nazyvayut Vega-podobnymi, a sam fakt nalichiya u nih infrakrasnyh diskov - fenomenom Vegi. Odnako v ponyatie fenomena Vegi kak pravilo vkladyvaetsya bolee glubokii smysl: delo v tom, chto pochti vse Vega-podobnye zvezdy (vozmozhno, vse bez isklyucheniya - prim. avtora), u kotoryh udalos' razglyadet' disk v detalyah (pust' ochen' skupyh), pokazyvayut interesnuyu osobennost', kotoraya skoree vsego prisusha i Solnechnoi sisteme. A imenno, central'naya oblast' prostranstvenno razreshennyh pylevyh diskov (takih poka ne bolee desyatka) imeet otnyud' ne samuyu vysokuyu svetimost'. Kak pravilo, tam obnaruzhivaetsya proval intensivnosti s radiusom v 20-40 a.e. Ris. 4. Submillimetrovyi snimok podpityvaemogo pylevogo diska okolo Fomal'gauta - Vega-podobnoi zvezdy, nahodyashegosya na rasstoyanii 50 svetovyh let ot Solnca. Sdelan na teleskope Maksvella v polose 0,45 mm. Sprava vnizu oboznachen razmer orbity Plutona. Izvestnyi nam na Zemle zodiakal'nyi svet, voznikayushii iz-za rasseyaniya solnechnyh fotonov na pyli, yavlyaetsya vidimym proyavleniem nashego sobstvennogo okolosolnechnogo pylevogo diska. Tak vot, ne isklyucheno, chto vnutrennie chasti Solnechnoi sistemy - otnyud' ne glavnyi rezervuar etoi pyli! Poyas Koipera - vot mesto, gde ona mozhet rozhdat'sya gorazdo intensivnee. Posmotrev na Solnechnuyu sistemu s rasstoyaniya v neskol'ko svetovyh let v moshnyi infrakrasnyi teleskop, astronomy Vegi skoree vsego uvideli by takoi zhe "bublik", obrazovannyi podogrevaemoi Solncem pyl'yu, s dyrkoi vnutri, kotoryi my vidim u Vega-podobnyh zvezd. Zdes', na Zemle, my horosho znaem, chto u nas est' planety, kotorye aktivno "vymetali" posle rozhdeniya (i "vymetayut" segodnya) bolee melkie tela iz kruga radiusom 30 a.e. (orbita Neptuna). Net planetezimalei - nechemu drobit'sya i isparyat'sya, sledovatel'no i pyli v etom kruge budet men'she. Za ego predelami, to est' v poyase Koipera, - pozhaluista. Tam planetezimalei mnogo, ih nikto ne "vymetaet" - znachit, est' chemu drobitsya i podpityvat' pylevoi disk. No eto my znaem lish' potomu, chto sami zdes' zhivem. A vot astronomy s Vegi nashih planet ne vidyat. Vidyat tol'ko "bublik" pylevogo diska v teplovyh luchah i, vozmozhno, nazyvayut eto "fenomenom Solnca", sovershenno spravedlivo podozrevaya, chto nekotorye osobennosti ego geometrii vyzvany nalichiem zdes' planet. (Pravda, nash "bublik" sushestvenno slabee pylevogo diska okolo Vegi. K tomu zhe, nel'zya umolchat' i o tom, chto v Solnechnoi sisteme est' dopolnitel'nyi postavshik pyli - glavnyi poyas asteroidov. No eto sovershenno otdel'naya tema, na kotoruyu my poka zakroem glaza.) Nado skazat', chto astronomicheskoe soobshestvo eshe ne proniklos' vsecelo optimizmom issledovatelei podpityvaemyh pylevyh diskov. No skepticizm storonnikov kondensacionnoi gipotezy podpitki v poslednie gody teryaet pochvu pod nogami. Radius slabo zapylennoi central'noi zony okazyvaetsya kak pravilo bol'she radiusa, na kotorom goryachaya zvezda pozvolyaet kondensirovat'sya pyli. I, samoe glavnoe, radius "dyrki" ne imeet pryamoi zavisimosti ot spektral'nogo klassa zvezdy! A ved' chem yarche i goryachee svetilo, tem dal'she ot nee dolzhna kondensirovat'sya pyl'. V nebol'shoi kogorte blizkih i razreshennyh prostranstvenno pylevyh diskov okolo zvezd glavnoi posledovatel'nosti my vidim skoree obratnye primery! U Vegi (spektral'nyi klass A05) radius polosti ocenivaetsya vsego v 26 a.e., v to vremya kak u epsilon Eridana (K2V) - v 30 a.e. Astronomy, izuchayushie fenomen Vegi, ne somnevayutsya, chto radius central'nyh dyrok v diskah harakterizuet v deistvitel'nosti radius nahodyashihsya tam planetnyh sistem. Rezonansy Prezhde chem my kosnemsya raboty Marka V'yatta, kasayusheisya neposredstvenno Vegi, dadim opredelenie klyuchevomu v dannom kontekste ponyatiyu rezonansnoi orbity: Planetnym rezonansom (p+q) : p nazyvaetsya takaya orbita planetezimali, na kotoroi ona sovershaet vokrug zvezdy celoe chislo oborotov p rovno za to vremya, poka planeta uspevaet obernut'sya celoe chislo raz p+q. Pri eto velichina q nazyvaetsya poryadkom rezonansa. Rezonansami pervogo poryadka, k primeru, okazyvayutsya 2:1, 3:2, 4:3 rezonansy. 5:3 - eto uzhe rezonans vtorogo poryadka. Razberem dlya primera samyi interesnyi dlya nas v dal'neishem rezonans 3:2 (zdes' p=2, q=1). Po opredeleniyu v nego popadayut vse planetezimali, kotoryi delayut rovno 2 oborota vokrug zvezdy za vremya, kotoroe trebuetsya planete dlya zaversheniya 3 oborotov. Chtoby ne uhodit' daleko ot real'nosti, rassmotrim konkretno planetu Neptun. Dazhe esli vy ni razu ne slyshali o Poyase Koipera i ne derzhali v rukah ni odnoi knigi po astronomii, krome shkol'nogo uchebnika, vam vse ravno dolzhen byt' izvesten odin primer nebesnogo tela, nahodyashegosya v 3:2 rezonanse s Neptunom. - Konechno, eto Pluton. Pluton obrashaetsya vokrug Solnca priblizitel'no za 248 let - srok, kak raz v poltora raza prevoshodyashii orbital'nyi period Neptuna (165 let). Mozhno zadat'sya voprosom, kak Pluton popal na rezonansnuyu orbitu. No eto lish' chast' problemy. V celom problema vyglyadit gorazdo interesnee: v real'nosti ne menee 10-25% ob'ektov poyasa Koipera nahodyatsya na 3:2 rezonansnyh orbitah po otnosheniyu k Neptunu! V chest' glavnogo "predvoditelya" etogo semeistva - Plutona - ih stali nazyvat' plutino. (O posyagatel'stve na "predvoditelya" chitaite v sleduyushem vypuske Mirandy.)
Ris. 5. Karta vneshnih oblastei Solnechnoi sistemy na 28 fevralya 2004 goda. Krasnymi kruzhkami oboznacheny izvestnye klassicheskie nerezonansnye ob'ekty poyasa Koipera, fioletovymi kruzhkami - rasseyannye ob'ekty poyasa Koipera (SKBO) i belymi kruzhkami - plutino. Obratite vnimanie na interesnuyu osobennost' raspolozheniya poslednih. Vse plutino v celom obrazuyut dve ochevidnye gruppirovki: odna obgonyaet Neptun priblizitel'no na 90œ vperedi, drugaya - otstaet priblizitel'no na stol'ko zhe. Krome togo, imenno v okrestnosti etih dvuh oblastei plutino pozvolyayut sebe zahodi |
