Планеты в системах, состоящих из двух звезд, будоражат наше воображение. Ведь на их небе можно увидеть два солнца. Но как они действительно должны выглядеть, насколько редко встречаются и действительно ли у них должно быть что-то особенное?
Татуин
Недавно в астрономическом сообществе мелькнула новость об открытии «настоящего Татуина». Речь идет об экзопланете HD 143811 AB b, расположенной в 446 мировых годах от нас и вращающейся вокруг сразу двух звезд.
Это далеко не первый такой мир, известный ученым, но среди всех подобных планет он находится едва ли не ближе всего к светилу и, кроме того, его удалось увидеть непосредственно, а не просто вычислить по колебаниям или затмениям звезды.
Достаточно интересно, что сравнивают ее именно с Татуином из вселенной «Звездных войн», ведь на самом деле планет, которые находятся в системах двух звезд, в фантастике хватает. И некоторые из них имеют только одно солнце на небе. А для того, чтобы понять, как это может быть, насколько на самом деле необычны такие миры и как они могут выглядеть, нужно обратиться к научным данным.
Планеты в двойных системах
В первую очередь нужно сразу разобраться с терминами. Когда мы говорим о планетах в двойных системах, то подразумеваем присутствие именно двух звезд. Пару планет, вращающихся вокруг одной звезды по той же орбите и при этом еще и крутящихся друг вокруг друга на расстоянии в несколько сотен тысяч километров, тоже можно назвать двойной системой, но сейчас речь не об этом случае.
Вообще двойные звезды совсем не редкость во Вселенной. По крайней мере 50 % всех светил входят в состав двойных, тройных или более сложных кратных систем. Некоторые исследования дают даже более высокую оценку, поскольку для крупных и ярких светил это более характерно, а на больших расстояниях мы видим преимущественно именно их.
При этом двойные системы могут быть тесными, в которых светила разделяет лишь несколько их радиусов, и широкими, в которых расстояние между ними измеряется десятками и сотнями астрономических единиц. И этот факт значит очень много для того, какие планеты могут существовать возле них.
Понятно, что вращение массивных светил сильно сужает диапазон орбит, на которых могут существовать планеты. Например, миры на самом деле не могут вращаться восьмеркообразными орбитами вокруг сразу двух солнц, иногда проходя между ними на равном расстоянии. Гравитационные силы просто выбросили бы такую планету из системы.
Поэтому ученые выделяют два возможных варианта орбит: S-планеты, вращающиеся только вокруг одной из звезд, и P-планеты, вращающиеся по эллипсам сразу вокруг двух светил. И в обоих вариантах есть определенные ограничения на радиусы этих орбит.
В случае S-планет радиус их орбит должен быть намного меньше расстояния между звездами. В случае с P-планетами он, наоборот, должен быть гораздо больше той же величины. Из этого следует интересное последствие: в тесных системах могут существовать почти исключительно P-планеты, но если постепенно рассматривать все более широкие и широкие системы, начинает появляться возможность существования S-планет, хотя при этом вероятность существования миров, вращающихся вокруг сразу двух звезд, не исчезает полностью.
Зона жизни
Теоретически в одной системе могут одновременно существовать планеты обоих типов. Однако в солнечной системе Меркурий — это планета и Нептун — тоже планета. Но на Землю или вымышленный Татуин они не похожи. Поэтому необходимо сделать уточнение, которое обычно пропускают: речь идет именно о землеподобных планетах.
И здесь все становится немного сложнее, потому что первое, чем определяется землеподобность планеты, кроме ее массы и химического состава, — это количество энергии, которое она получает от звезды. Обычно это выливается в так называемые «зоны Златовласки», где не слишком горячо и не слишком холодно и вода может большую часть времени находиться в жидком состоянии, а не в виде пара или льда.
В принципе, у планет в системах двойных звезд все то же самое, только сложнее. Так в случае с S-планетами может произойти так, что внутренний предел зоны жизни находится дальше, чем предел, за которым стабильные орбиты не могут существовать из-за гравитационного воздействия светила-компаньона.
Такая ситуация может сложиться, если расстояние между светилами составляет несколько астрономических единиц. То есть вообще землеподобные планеты в этом случае могут быть, но большинство из них будут походить на Меркурий, Венеру или горячие газовые гиганты.
Прямо противоположная проблема может возникнуть и с P-планетами. При увеличении расстояния между звездами в системе минимальный радиус их стабильных орбит увеличивается и возникает риск ситуации, когда планета просто не может находиться в достаточно теплой зоне для того, чтобы на ее поверхности могла существовать жидкая вода.
Поэтому ученых так заинтересовала HD 143811 AB b. Это P-планета, орбита которой находится максимально близко к двум звездам внутри. Вполне возможно. Что она действительно близка к «зоне Златовласки». Которая в этом случае определяется суммарной светимостью сразу двух звезд.
P-миры
Возможны ли планеты, где на небе можно увидеть сразу два солнца? Да, и в первую очередь это P-миры, вращающиеся вокруг двух звезд. Расстояние между которыми не превышает пары астрономических единиц. «Зона жизни» в этом случае будет шире, чем если бы это была одна звезда, светимость которой эквивалентна этой паре, но в общем все будет выглядеть именно так, как это обычно изображают: из-за горизонта каждое утро будут выныривать друг за другом два светила, не отходящие на небе далеко друг от друга.
Год на такой планете может длиться от нескольких десятков дней — если речь идет о системе с двумя красными карликами — до нескольких земных лет. В течение года две звезды будут постоянно смещаться относительно друг друга и иногда скрываться друг за другом. Соответственно, то, какое из светил восходит первым, будет меняться в течение года. В то же время они никогда не будут восходить вместе, за исключением моментов, когда одно светило закрывает другое.
Однако это верно только в том случае, когда орбита планеты находится в той же плоскости, что и орбита самих звезд. А возможен случай, когда планета расположена на орбите, перпендикулярной орбите звезд, или близка к такому положению. В таком случае будет наблюдаться интересная картина: в зависимости от времени года солнца могут восходить в любом порядке, в том числе и одновременно.
А вот заходить одно за другое светила не будут практически никогда. Такое может случиться только в те редкие моменты, когда они оказываются на линии пересечения плоскости их вращения с плоскостью вращения планеты. Причем последняя должна в это время находиться на ней же. То есть даже теоретически такое может произойти не чаще двух раз за местный год, а скорее всего, будет происходить раз в несколько местных лет.
При этом на P-планете теоретически может возникнуть механизм смены времен года, который невозможен на планетах, вращающихся вокруг одного светила. На них смену зимы и лета вызывает либо наклон оси к эклиптике (например, на Земле, при этом сезоны в Северном и Южном полушарии чередуются), либо из-за большого эксцентриситета орбиты планеты (в Солнечной системе это частично справедливо для Марса, в этом случае зима или лето наступают сразу на всей планете, причем продолжительность сезонов неодинакова).
Однако на P-планете изменение освещенности может вызывать и само вращение звезд вокруг друг друга. Правда, для этого нужно, чтобы расстояние между ними было большим, а светимость отличалась. В таком случае в зависимости от того, какое из светил ближе к планете будет изменяться количество получаемой ею энергии. При этом этот эффект может сочетаться с двумя механизмами, которые работают для обычных планет. В результате этого процесс, который мы на Земле знаем как смену времен года, на такой планете может носить сложный и непредсказуемый характер.
А вот в течение суток на P-планете наличие двух солнц влияет слабо. Если расстояние между светилами незначительно по сравнению с радиусом орбиты планеты, он вообще незаметен. Но если она достаточно велика, то это может приводить к увеличению светлой части суток на несколько процентов по сравнению с тем, если бы звезда была одна.
S-планета
В случае S-планеты, то есть вращающейся вокруг только одной звезды, все зависит от расстояния между звездами и того, какие они есть. Если компаньон находится далеко, или он не превышает серьезно своей светимостью ту звезду, вокруг которой вращается планета, то с точки зрения гипотетических ее обитателей последней ситуации не будет сильно отличаться от той, которая была бы в случае одиночного светила.
Просто на небе появится необычайно яркая звезда, которую, вероятно, будет видно даже днем и которая будет вести себя иначе, чем светила, которые в прошлом земные астрономы называли «неподвижными», а также иначе, чем звезда, вокруг которой вращаются другие S-планеты этой системы. Как и первые, в определенное время года она будет скрываться за Солнцем, а в другое — находиться в зените в полночь. Впрочем, время этих явлений из года в год будет меняться, пока через несколько местных десятилетий или веков не пройдет полный цикл. На климат планеты она существенного влияния не окажет.
Другое дело, когда звезда, вокруг которой вращается планета, — не самая большая и не самая яркая в системе. Например, когда планета вращается вокруг красного карлика, а ее компаньон — светило размером с Солнце, и оно находится только в нескольких астрономических единицах.
S-planeta.
В таком случае «дневная заря» превращается в полноценное второе солнце. Когда она и планета находятся по разные стороны от того светила, вокруг которого планета вращается, два светила сходят вместе. Если же планета оказывается между звездами, то на время возникает ситуация, когда на небе все время находится одно из солнц, то есть ночь просто не наступает.
При этом следует помнить, что если звезда, вокруг которой вращается планета, является красным карликом, то год на планете в ее «зоне Златовласки» длится меньше земного месяца. Потому и ситуация, когда одно из солнц только зашло, а другое уже восходит, не может длиться дольше нескольких земных дней.
И если уж говорить о красных карликах, то нужно упомянуть и об эффекте приливного увлечения, то есть синхронизации периода вращения планеты вокруг звезды и вокруг своей оси. Результатом является то, что планета все время повернута к последней одной стороной. Опять же, возможны различные варианты, о которых можно прочитать в этой статье, но сам факт возможности такого явления на S-планете в широкой системе никуда не исчезает.
Изменяется лишь наличие второй звезды, на которую приливной восторг не распространяется и поэтому в определенные моменты года она может освещать и темное полушарие. То есть возможна такая ситуация, что на планете где-то десять суток одна сторона всегда освещена, а другая — во тьме, затем десять суток на всей планете день, потом все повторяется.
Эксцентрические орбиты звезд
Если вам все вышесказанное кажется сложным, должны успокоить: на самом деле все еще сложнее, потому что описана самая идеальная ситуация, когда орбиты, по которым движутся звезды, имеют малый эксцентриситет, то есть близка к круговой. А может быть так, что они напоминают вытянутый эллипс и это создает дополнительную сложность.
В случае P-миров все относительно просто. Возникает еще одна цикличность. Когда звезды сближаются на минимальное расстояние друг от друга, они одновременно расположены дальше от планеты, поэтому она получает меньше энергии.
Что касается S-планет, то здесь все может быть гораздо драматичнее. Период обращения широких двойных систем с большим эксцентриситетом может составлять десятки и сотни лет. При этом по законам орбитальной механики вблизи точки максимального сближения светила двигаются быстрее всего.
Это приводит к ситуации, когда второе светило большую часть времени практически не влияет на жизнь на планете, но в определенные периоды сближается настолько, что существенно увеличивает приток тепла на нее.
Последствия этого могут быть разными. Если планета в целом холодная, то это положительный фактор. Именно в такие моменты на ней может расцветать жизнь. Если же она и так горячая, то последствия, наоборот, могут быть катастрофическими.
Климат планеты
Но самый интересный вопрос о планетах двойных звезд касается не того, что происходит на их небе. Действительно ли они будут превращаться в пустыню из-за чрезмерного прилива света?
Совершенно не обязательно, ведь даже этот чрезмерный приток относительный, потому что планета может просто находиться достаточно далеко от одного или обеих звезд. Заметить можно разве что то, что P-миры должны тяготеть до долгих лет с относительно холодной зимой, жарким летом и кучей дополнительных колебаний температуры.
S-миры в системах с низкой эксцентричностью орбит звезд наоборот будут тяготеть до коротких лет и ровного климата. А те, где светила движутся вытянутыми орбитами, будут время от времени переживать сильное потепление.
Но на самом деле нельзя исключить никакую климатическую картину. Хотя бы потому, что на нее гораздо сильнее орбитальных параметров и звезд влияют физические характеристики самой планеты. Большие миры с мощными атмосферами в любой ситуации будут иметь более ровный и теплый климат, чем предполагает теория. А вот маленькие наоборот будут тяготиться к пустыням, возможно, даже холодным.
Вообще избыток тепла совсем не обязательно означает пустыню, свидетельством чему являются тропические леса. Пустыня — это недостаток осадков. А ее определяют в первую очередь наличие больших массивов суши и игра холодных океанических течений и ветров.
Итак, планеты с двумя солнцами вполне могут быть очень распространены во Вселенной. Однако они могут быть совсем не похожи на Татуин.
