Странни планети има много повече, отколкото си представяхме, когато през 90-те години на миналия век астрономите откриха първите светове извън Слънчевата система.
Тогава очакванията бяха почти домашни: подредени системи, в които малки скалисти планети кръжат близо до звездата, а газовите гиганти се разполагат по-далеч, също като при нас. Реалността се оказа далеч по-находчива. Днес в каталога на НАСА има над шест хиляди потвърдени екзопланети – така наричаме планетите, които обикалят други звезди, а не Слънцето – и немалко от тях изглеждат като измислица на писател фантаст, който е прекалил с кафето.
Има светове, на които годината трае по-малко от един земен ден. Има планети, чиято повърхност вероятно е океан от разтопена скала. Има газови гиганти, толкова нажежени, че в атмосферата им се носят пари от желязо, и други, по-леки от пяна. Има планета, на чието небе грее двойно слънце, като на Татуин от „Междузвездни войни“. Всички тези странни планети не са плод на въображение, а резултат от десетилетия наблюдения с телескопи на земята и в космоса.
Как изобщо ги откриваме? Двата основни начина са толкова изобретателни, колкото и простички. При транзитния метод следим дали звездата за миг не помръква – това се случва, когато планета мине пред нея, подобно на муха, прелетяла пред лампа. Транзитът ни казва колко голяма е планетата. При метода на радиалната скорост пък търсим мъничкото полюшване на звездата, което предизвиква гравитацията на невидимия ѝ спътник. То издава масата на планетата. Щом знаем и размера, и масата, можем да изчислим плътността, а оттам да гадаем от какво е направен светът. Когато планетата минава пред звездата, част от светлината преминава през атмосферата ѝ и в нея остават отпечатъци – липсващи ивици, по които спектроскопията (разлагането на светлината на цветове, като в дъга) разчита химичния състав.
Едно предупреждение, преди да тръгнем на обиколка: никой не е виждал тези светове отблизо. Повечето са просто точки светлина или едва доловими колебания в данните. Затова ще държим ясна граница между измереното и предполагаемото – къде говорим за наблюдение, а къде за модел, който учените смятат за най-вероятен. Така тази разходка сред странните светове във Вселената ще бъде не само увлекателна, но и честна.
1. HD 189733 b – синият свят, където според учените вали стъкло
Започваме с най-известната от странните планети, защото е и най-красивият пример за това как реалността надминава фантазията. HD 189733 b е на около 64 светлинни години от нас, в съзвездието Лисичка. Открита е през 2005 г. по транзитния метод от екип с телескопа на обсерваторията Верхен Прованс във Франция. Това е „горещ Юпитер“ – газов гигант, колкото Юпитер по размер и маса, но залепен за звездата си така, че обиколката му трае едва два земни дни. Температурите в атмосферата са около хиляда градуса по Целзий.
През 2013 г. космическият телескоп „Хъбъл“ направи нещо забележително: определи цвета на планетата. Оказа се наситено, кобалтово синьо. Но не от океани, а най-вероятно заради облаци от дребни силикатни частици – същото вещество, от което е направено обикновеното стъкло. Към това се добавят измерените с помощта на ефекта на Доплер ветрове, които според оценките достигат хиляди километри в час и духат от нажежената дневна страна към по-хладната нощна.
Тук трябва да сме прецизни. Синият цвят е измерен факт. Силикатните облаци са най-убедителното обяснение, но не са наблюдавани директно. А картината на „стъклен дъжд, който се сипе настрани под напора на вятъра“ е онагледяване на този модел, а не снимка. Значението на тази странна планета е друго: за първи път определихме цвят на планета извън Слънчевата система и показахме, че можем да разчитаме облаците и климата на светове, които са на десетки светлинни години от нас.
2. 55 Cancri e – планетата, обикаляща звездата си за по-малко от ден
Ако HD 189733 b е красива, то 55 Cancri e е просто безпощадна. Намира се на около 41 светлинни години от Земята, в съзвездието Рак, и обикаля звездата си за около 18 часа. Представете си годината ѝ като един работен ден. Първоначалното ѝ откриване през 2004 г. по метода на радиалната скорост всъщност даде погрешен период, а през 2011 г. наблюдения на транзити го поправиха и показаха истинската ѝ близост до звездата.
Планетата е „суперземя“ – скалист свят, по-голям от нашия: радиусът ѝ е около 1,9 пъти земния, а масата – около осем пъти по-голяма. Дневната ѝ страна е нагрята до над две хиляди градуса по Целзий, температура, при която скалите се топят. Затова мнозина учени я наричат свят с океан от лава. Наблюденията с космическия телескоп „Спицър“ показаха, че най-горещата точка е изместена от центъра на дневната страна, което загатва за атмосфера, преразпределяща топлината. През 2024 г. космическият телескоп „Джеймс Уеб“ намери данни за вероятна атмосфера, богата на въглероден оксид или въглероден диоксид – учудващо за планета, на която би трябвало вятърът отдавна да е отнесъл всичко.
Какво е хипотетично? Самият океан от лава е извод от температурите, не наблюдение. Доскоро популярната идея, че планетата е огромен диамант, пък бе силно оспорена и днес не се смята за обоснована. Сред странните планети 55 Cancri e е ценна с това, че ни дава рядка възможност да изследваме скалиста планета при екстремни условия и да проверяваме какво оцелява на такава жега.
3. WASP-76 b – светът, където нощем вали желязо
От стопената скала преминаваме към една от най-странните планети в нашия списък. WASP-76 b е на около 640 светлинни години, в съзвездието Риби. Открита е през 2013 г. от проекта WASP, който търси транзити чрез мрежа от автоматични камери. Това е друг горещ Юпитер, но с аромат на металургичен комбинат: диаметърът му е близо два пъти колкото на Юпитер, а годината му трае около 1,8 земни дни.
Планетата е приливно заключена. Това означава, че винаги е обърната към звездата си с една и съща страна – както Луната към Земята. Денем температурата надхвърля 2400 градуса по Целзий, а на нощната страна спада до около 1500. През 2020 г. екип с прибора ESPRESSO на Европейската южна обсерватория установи пари от желязо в атмосферата, но с любопитна особеност: желязото се виждаше на границата между деня и нощта, откъдето планетата се върти към вечерта, а на другия ѝ край не личеше. Най-естественото обяснение е, че металът се изпарява на горещата дневна страна, отнася се от ветровете към нощната, охлажда се и кондензира – тоест вероятно се превръща в капки.
Важно е да подчертаем: наблюдението е за парите, а „железният дъжд“ е тълкуването им. Но дори като модел той е внушителен, защото показва, че в атмосферите на екзопланетите се извършват процеси, познати ни само от металургията. Откритието разшири представите ни за това какви химични елементи могат да бъдат част от облаците на един свят.
4. Kepler-16 b – истинският Татуин с две слънца
Следващата спирка ще разчувства всеки фен на „Междузвездни войни“. Kepler-16 b е на около 245 светлинни години, в съзвездието Лебед. Обявена е през 2011 г. от екипа на космическия телескоп „Кеплер“ и е първата планета, потвърдена по транзитен път около две звезди едновременно. Подобни светове наричаме циркумбинарни – от думата „двоен“ – защото обикалят около двойка звезди.
Двете звезди на Kepler-16 са оранжево джудже и по-малко червено джудже, които се въртят една около друга на всеки 41 дни. Планетата е с маса около една трета от юпитеровата, подобна на Сатурн, и обикаля двойката за около 229 дни. Установено е по затъмненията: понякога планетата минава пред едната звезда, понякога пред другата, а понякога звездите се закриват взаимно. Така от формата на светлинната крива учените реконструират цялата тази сложна геометрия. По приблизителни оценки температурата на планетата е около минус 70 до минус 100 градуса по Целзий, така че обитаема в земния смисъл е едва ли.
Какво е хипотетично? Нищо от орбитата, но за повърхност и климат можем да говорим само спекулативно, тъй като е газов гигант. Значението на тази странна планета обаче е огромно. Преди него много теоретици се съмняваха, че планети могат да се образуват и да оцеляват около двойни звезди. Kepler-16 b показа, че гравитационната суматоха между две слънца не е непреодолима пречка и че свят с двойно слънце е напълно възможен.
5. KELT-9 b – планетата, по-гореща от повечето звезди
Ако вярвате, че няма нищо по-горещо от 55 Cancri e, запознайте се с KELT-9 b. Тя е на около 670 светлинни години, в съзвездието Лебед. Открита е от проекта KELT и публикувана през 2017 г. Това е газов гигант с маса около три пъти колкото на Юпитер, който обикаля звездата си за около 1,5 денонощия. Звездата му е гореща и бяла, около два пъти и половина по-масивна от Слънцето, със загрята до близо десет хиляди градуса повърхност.
Резултатът: дневната страна на планетата достига около 4300 градуса по Целзий. Това е по-горещо от много червени джуджета – най-малките и най-студени звезди. При такава температура молекулите се разпадат на атоми. Наблюденията показват йонизирано желязо и титан в атмосферата, тоест атоми, на които жегата е откъснала електрони. Атмосферата ѝ вероятно се изпарява – звездата я облъчва толкова силно, че част от газа се губи в космоса.
Разликата между деня и нощта е гигантска: именно такива светове наричаме „ултрагорещи Юпитери“. Нощната страна е осезаемо по-хладна, което създава огромен температурен контраст. Сред всички странни планети KELT-9 b е граничен случай – показва докъде може да стигне температурата на един свят, преди да се окаже, че вече не е планета в обичайния смисъл. Тя е лаборатория за химията при условия, невъзможни на Земята.
6. WASP-12 b – планетата с форма на яйце, обречена да бъде погълната
WASP-12 b е на около 1400 светлинни години, в съзвездието Колар. Открита е през 2008 г. и е един от най-изучаваните необичайни светове. Горещ Юпитер, по-голям от Юпитер, но с орбитален период от малко повече от ден – около 26 часа. Температурата на дневната ѝ страна е около 2500 градуса по Целзий.
Планетата е толкова близо до звездата си, че гравитацията на звездата я разтяга. Теоретичните изчисления предсказват, че вместо кълбо, тя би трябвало да има форма, подобна на яйце или лимон, с издължена ос по посока към звездата. Тази деформация е модел, а не снимка, макар че при други планети вече има опити да се засече по светлинната крива. По-убедително е друго откритие: през 2020 г. астрономи установиха, че орбиталният ѝ период се скъсява с около 29 милисекунди на година. Планетата бавно пада към звездата си.
Ако тази тенденция се запази, WASP-12 b ще бъде разкъсана или погълната от звездата си след около три милиона години – миг в космически мащаб. Сред странните планети WASP-12 b е най-убедителният засега пример за умираща планета: разпад на орбитата, предсказван теоретично, но дълго недоказан. Така учим как приливните сили оформят съдбата на светове около звездите.
7. Kepler-51 d – „захарният памук“ на Вселената
Досега говорихме за горещи и тежки неща. Kepler-51 d е тяхната противоположност. Тя е на около 2600 светлинни години, в съзвездието Лебед, и е една от планетите в системата Kepler-51, открити от космическия телескоп „Кеплер“. Радиусът ѝ е около девет пъти земния, почти колкото на Сатурн, но масата ѝ е едва около шест пъти колкото на Земята.
Така средната ѝ плътност е около 0,03 грама на кубичен сантиметър – по-рядка от пяна. Затова такива светове, наричани „свръхпухкави“, неофициално носят прякора „захарен памук“. Масите на планетите в системата са измерени по необичайно начин: те се дърпат взаимно и моментите на транзитите им се отместват, като този метод се нарича вариации във времето на транзита. Атмосферата им, наблюдавана с „Хъбъл“, се оказа почти лишена от видими следи – най-вероятно защото висока мъгла от дребни частици скрива химията отдолу. Температурата на Kepler-51 d е около 80 градуса по Целзий по оценка за равновесието ѝ с излъчването на звездата, не по пряко измерване.
Системата е млада, на около петстотин милиона години, и именно това може да обяснява пухкавината: планетите още не са изгубили или свили газовите си обвивки. Какво остава хипотетично? Точният механизъм, по който такива лекички светове са се образували и дали ще оцелеят. Тези странни планети са важни, защото нямат аналог в Слънчевата система и ни напомнят, че плътността на планетите се простира в много по-широк диапазон, отколкото допускахме.
8. GJ 367 b – миниатюрен свят, направен почти изцяло от желязо
Преминаваме от най-леките към най-тежките. GJ 367 b е на около 31 светлинни години, в съзвездието Корабни платна. Открита е от космическия телескоп TESS, а през 2021 г. наблюденията от Земята потвърдиха и измериха масата ѝ. Планетата е по-малка от Земята: радиусът ѝ е около 72 процента от земния, а масата – около 55 процента. Обикаля червеното си джудже за по-малко от осем часа – още едно изключително кратко „лято“.
Забележителното е плътността. Тя е около 8 грама на кубичен сантиметър – значително повече от земните 5,5. Ако е така, значи планетата е изградена основно от желязо и никел: според оценките ядрото ѝ съставлява около 86 процента от масата ѝ. За сравнение, при Земята желязното ядро е около една трета от масата. Най-близкият аналог в нашата система е Меркурий, но GJ 367 b е още по-екстремен. Температурата на дневната ѝ страна е над хиляда градуса по Целзий, така че повърхността ѝ вероятно е разтопена или запечена скала, без значима атмосфера.
Какво е хипотетично? Точният състав. Плътността е измерена, но обясненията – защо ядрото е толкова голямо – са теоретични. Една от идеите е, че планетата е загубила външните си слоеве при гигантски сблъсък или при изпарение под жегата на звездата. Тази странна планета ни показва, че скалистите светове могат да имат изключително разнообразен вътрешен състав – далеч извън рамките на Земята.
9. WASP-39 b – газовият гигант, в чиято атмосфера слънчевата светлина прави химия
Последната ни спирка е, може би, най-важната научно. WASP-39 b е на около 700 светлинни години, в съзвездието Дева. Открита е през 2011 г. от проекта WASP. Масата ѝ е около една четвърт от юпитеровата, а размерът – по-голям от Юпитер; такива надути планети наричаме „горещи Сатурни“. Обикаля звездата си за около четири дни, а температурата ѝ е около 850 градуса по Целзий.
През 2022 г. космическият телескоп „Джеймс Уеб“ я избра за една от първите си цели, и резултатите бяха впечатляващи. В атмосферата ѝ беше установен въглероден диоксид – за първи път с категорична увереност при планета извън Слънчевата система – както и вода, натрий и калий. Истинската сензация обаче беше серният диоксид. Той не се образува директно в атмосферата, а най-вероятно е резултат от фотохимия – химични реакции, задействани от ултравиолетовата светлина на звездата. Това е първото убедително доказателство за такива реакции в атмосфера на екзопланета.
Дори по-нататъшни наблюдения показаха, че сутрешната и вечерната страна на планетата не са еднакви, а облаците и температурата се различават. Сред странните планети WASP-39 b е важна по метод: тя доказа, че „Джеймс Уеб“ може да разчита подробния химичен състав на далечни светове, а това е основата на търсенето на нещо още по-вълнуващо – признаци на живот върху по-малки, умерени планети.
Любопитно: първите странни планети бяха още по-необичайни
Историята на открития започва с изненада. През 1992 г. Александър Волщан и Дейл Фрейл съобщиха за планети около пулсар – останка от избухнала звезда, която се върти с неимоверна скорост и излъчва радиоимпулси. Светове, които оцеляват около труп на звезда, никой не очакваше. Три години по-късно Мишел Майор и Дидие Кело откриха 51 Pegasi b – първата планета около звезда, подобна на Слънцето. Те получиха Нобелова награда за физика през 2019 г. Именно 51 Pegasi b бе първият горещ Юпитер и показа, че планетите могат да бъдат на съвсем други места от тези, които познаваме.
Какво ни казват странните планети за Вселената
Странни планети не са капризите на природата, а нейната норма.
След като проучихме девет странни планети, можем да видим колко разнообразни са световете извън Слънчевата система: синя планета със силикатни облаци, свят с вероятен океан от лава, гигант с желязна пара, планета с две слънца, супергореща планета, по-гореща от звезди, умираща планета с форма на яйце, пухкава като памук, желязно джудже и гигант, в чиято атмосфера протича фотохимия. Нито един от тези светове няма близнак в нашата система.
Най-голямата промяна е концептуална. Дълго време Слънчевата система беше нашият единствен модел и ние я смятахме за типична. Днес знаем, че е само една от възможностите, и то не непременно най-честата. Горещите Юпитери, суперземите и мини-Нептуните, които почти не съществуват при нас, са изобилни другаде. Теориите за образуването на планетите трябваше да бъдат преработени, като се добави идеята за миграция на гиганти и сложните приливни взаимодействия.
Втората промяна е методологична. Преди тридесет години не знаехме дали има планети около други звезди; днес измерваме вятъра, цвета и химията на атмосфери на стотици светлинни години. Новите инструменти и следващите поколения телескопи ще направят много от тези загадки по-ясни и ще създадат нови.
Затова странните планети са не просто куриозни, а необходими. Всяка от тях е тест за теориите ни и подсказва какво още може да се крие във Вселената. Ако вече сме открили свят, на който вероятно вали стъкло, и друг, където желязото кондензира в капки, колко ли още по-необичайни светове ни чакат? Колкото повече странни планети откриваме, толкова по-малко странно ни изглежда това, че сме тук – на обикновена планета, която се оказва едно от много редки спокойни места.
