Fram till mycket nyligen trodde vi att vårt solsystem är prototypen, längs vilken andra planetariska system bör byggas. Vi trodde att det fanns två klasser av planeter: solida världar, som vi finner samlade i inlandet, och gasjättar som ligger längre bort. Från 1990-talet började vi upptäcka planeter nära andra stjärnor, och sedan fick vi reda på att vårt solsystem inte är helt normalt. I en ny uppsats som godkändes för publicering den här veckan försökte två astrofysiker vid Columbia University ta reda på varför.
Det visar sig att det inte är helt normalt att ha små solida planeter i det inre solsystemet och stora gasjättar i det yttre. Gasjättar och steniga planeter finns överallt, och stora planeter har exakt samma chanser att vara närmare sin stjärna som små. Planeterna vi har hittat har visat att ingenting hindrar gasjättar från att bli "heta jupiter", ännu mer - de gör det ganska ofta. Den andra överraskningen är ännu mer överraskande, och det är värt det banbrytande arbetet i NASA: s rymdobservatorium Kepler. Även om fasta världar på jordens storlek - både större och mindre - är lika vanliga som världar som är lika stora som Neptunus och Jupiter, finns det en tredje klass av planeter, den vanligaste av alla. Mellan storleken på jorden och Neptunus finns det ett alternativ som vi förbises: en superjord (eller mini-neptun). Och som det visade sig är superjorden större än någon annan planet.
Den första frågan som uppstod: varför är denna klass av fantastiska världar så tätbefolkade? Men när våra modeller av planetformationer nära stjärnor förbättrades, började vi se att tillsammans med de överlevande planeterna uppträdde en jämn fördelning. Världar som var för lite massiva absorberades som regel, kastades ut eller kastades i solen av andra kroppar. När planetens massa ökade ökade sannolikheten för deras överlevnad. Ju mer massiv världen - helst tre gånger mer massiv än jorden - desto mer sannolikt kommer dess tyngdkraft att omsluta den i väte och helium. Dessa mellanliggande massvärldar bör vara någonstans mellan steniga planeter och gasjättar. Men om du letar efter mer och mer massiva världar, kommer du att se att det finns mindre och mindre av dem. Universum skapar inte ett alltför stort antal massiva världar bara för att det har råvaror. Det skulle ta 317 av våra planeter att bilda Jupiter ensam.
När vår förståelse av planetarisk utbildning förbättrades började vi få materiella frågor. Om superjordar var den vanligaste typen av världar, vad är då så speciellt med solsystemet att vi inte har en enda superjord? Alternativen är intressanta men nedslående:
- Unga superjordar som bildades, men inte överlevde, kan ha kastats ut tillsammans med migrationen av jätteplaneter.
- Hela det inre solsystemet bildades innan Jupiter rörde sig utåt och de solida världarna visade sig vara små, eftersom de bildades sent när allt material redan hade använts.
- Våra massiva gasjättar och solen grep det första planetbildande materialet och lämnade ingen chans för superjord.
Men med hjälp av den senaste utvecklingen inom probabilistisk prognos kom forskarna Chzhinjin Chen och David Kipping med en ny, intressant och fullständig förklaring. Vi kanske hade mycket fel.
Kampanjvideo:
I de flesta fall, när vi observerade planeter, visste vi antingen massan eller radien, men inte båda parametrarna samtidigt. Men utan att känna till en parameter är det omöjligt att förstå vilken typ av värld vi har att göra med, med ett fast ämne som jorden eller med ett gasformigt som Neptunus. Föreställ dig två helt olika världar, var och en är tre gånger mer massiv än jorden: den ena har en solid kärna på 2,8 jordmassor med ett tunt skal av gas runt sig, och den andra har en solid kärna på 1,5 jordmassor och samma mängd gas i atmosfären. Den första planeten kommer att likna jorden, men i verkligheten är den en superjord: större, mer massiv och med en tunn atmosfär. Den andra planeten kommer att likna en mini-neptun: 10 000 kilometer "atmosfär" över en fast yta i alla riktningar, och trycket på ytan kommer omedelbart att krossa allt liv vi känner.
Chen och Kippings resultat gör det möjligt för oss att rita linjen mellan superjordar och mini-Neptun exakt. De presenterade ett klassificeringsschema som långt överträffar våra tidigare svåra uppskattningar. Deras variant:
- Varje värld som väger mindre än 2,0 ± 0,6 jorden är sannolikt solid.
- Varje värld mellan 2,0 och 130 jordmassor kommer att likna Neptun.
- Allt mer massivt än 8% av vår sol blir en stjärna.
- Det är allt. En annan klassificering, enligt astrofysiker, skulle vara fullständigt nonsens.
Det berättar också för oss att de flesta av de världar som vi kallar "superländer" faktiskt ligger i slutet av neptunliknande världar med låg massa, vilket bekräftar en långvarig misstanke. För planeter som hittas med transiteringsmetoden kommer en solid värld med en massa på 2,0 jordar att vara cirka 25% större i radie än jorden; om mer, kommer det nästan säkert att vara en neptunliknande värld med ett massivt väte-heliumskal.
Och vet du varför det inte finns några superjordar i vårt solsystem? För med massor på 50% respektive 40% av denna transittröskel är jorden och Venus exakt de superjordar som vi letar efter: solida planeter med en stor massa. Nästa "klass" av planeter kommer att vara neptunliknande världar, och vi har tre av dem.
"Ett stort antal upptäckta planeter med en massa på 2-10 jordar citeras ofta som bevis för att superjordar är mycket vanliga och vårt solsystem visar sig vara ovanligt", skriver författarna. Men om gränsen mellan den jordiska och den Neptuniska världen flyttas till två markbundna massor kommer solsystemet inte längre att vara ovanligt. Enligt vår definition är bara tre av de åtta planeterna i solsystemet neptunianska världar, som är den vanligaste typen av planeter runt andra stjärnor av soltyp."
Med andra ord är det sant att det inte finns några planeter i vårt solsystem mellan två och tio jordmassor, och detta i sig är sällsynt. Men detta är inte det bästa sättet att klassificera planeter; de är bara en del av utbudet av Neptunianska världar, och vi har tre av dem. Det visar sig att vi hade helt fel när det gäller att sakna superländer. Om vi betraktar det korrekt kommer det att finnas två intressanta slutsatser: det vi kallade superjordar ser inte ut som jorden alls, och det finns inga problem, för ingenting har försvunnit i vårt solsystem.
ILYA KHEL
