На Земле драгоценные камни спрятаны в глубине породы и встречаются так редко, что некоторые из них стоят целое состояние. Но вот космос – совсем другое дело. Астрономы обнаружили новый вид планет, так густо усеянных алмазами, сапфирами и рубинами, что они даже (предположительно) могут сверкать. Эти планеты относятся к типу «супер-Земля» – плотных планет, аналогов нашей Земли и Марса с их высоким содержанием минералов, металлов и их сочетаний, но только больше.

Однако новые планеты вращаются вокруг своих звезд на гораздо более ближних дистанциях, чем Земля. Это означает, что и состав их может разительно отличаться. К примеру, вместо железного ядра (как у нашей планеты) их ядро богато алюминием и кальцием. А это, в свою очередь, может означать наличие огромного количества рубинов и сапфиров. Они получаются из минерального корунда – кристаллической формы оксида алюминия.

Углеродная планета – теоретическая разновидность экзопланет земного типа, которая была предсказана американским астрофизиком Марком Кюхнером. Условием для формирования планет такого типа является большое содержание углерода в протопланетном диске и малое содержание кислорода. По химическому свойству такая планета будет довольно сильно отличаться от планет земного типа, таких как Земля, Марс и Венера, которые построены преимущественно на базе кремния и кислорода, и углерода в их составе содержится не так много.

Планета предположительно будет иметь железосодержащее ядро, подобно другим планетам земной группы. Основу поверхности будут составлять преимущественно карбиды кремния и титана, а также чистый углерод. Также возможно наличие областей, сплошь покрытых километрами алмазов. Атмосфера будет состоять из углеводородов и диоксида углерода. Жизнь на планете этого класса потенциально возможна, если на планете есть вода, однако формы жизни будут резко отличаться от земной в связи с малым количеством кислорода, которого будет недостаточно для формирования органических веществ земного типа.

Пульсар PSR 1257+12 возможно имеет углеродные планеты, которые сформировались после взрыва Сверхновой из углеродного слоя бывшей звезды. Планеты этого типа могут находиться возле галактического ядра, где звёзды содержат много углерода. Диаметр и масса углеродных планет не отличаются от обычных планет, содержащих преимущественно воду и соединения кремния, поэтому разделить их пока, в случае обнаружения, не представляется возможным.

В 2012 году коллектив учёных под руководством Никку Мадхусудхана (Nikku Madhusudhan) опубликовал данные, свидетельствующие о том, что возможно транзитная суперземля 55 Рака e является углеродной планетой.

В 2014 году астрономы из Йельского университета под руководством Джона Мориарти (John Moriarty) разработали модель, позволяющую оценивать состав экзопланет, основанную на изменениях с годами в составе газообразных дисков в которых формируются планеты. Согласно их выводам, в дисках, где соотношение углерода и кислорода превышает 0,8, богатые углеродом планеты могут образовываться дальше от центра диска. Кроме того, учёные считают, что углеродные планеты могут формироваться в дисках, где соотношение углерода и кислорода достаточно низкое (0,65), но в этом случае такие планеты образуются близко к своей звезде. Соответственно, богатые углеродом планеты могут оказаться гораздо более распространённым явлением, чем считалось ранее.

Научные сотрудники Йельского университета сделали вывод, что во Вселенной присутствует громадное количество планет, на которых имеются залежи драгоценных камней, что является достаточно распространенным явлением. Как было принято считать ранее, таких богатых планет в реальности очень мало.

Абсолютно все «драгоценные» планеты, располагаются за рамками Солнечной системы на очень большом расстоянии. Тем не менее, астрономов, прежде всего, интересуют не громадные залежи камней, а возможность зарождения жизни на этих планетах, так как они очень богаты углеродом, ведь на Земле большое количество данного элемента является основополагающим фактором появления жизни.

Компьютерное моделирование планет, используемое ранее, допускало вероятность появления алмазных планет, если соотношение углерода и кислорода в газовых дисках составляло не менее 0,8. Но по последним данным, в соотношении 0,65 тоже увеличивается вероятность образования подобных планет.

Из этого следует, что во Вселенной имеется намного больше таких планет, нежели считалось раньше. Новое исследование также показывает, что космические миры могут быть весьма разнообразны по химическому составу, и многие из них сильно отличаются от планеты Земля.

Невзирая на то, что учёные открыли уже больше тысячи подтверждённых экзопланет, а также доказали существование более трёх тысяч кандидатов в экзопланеты, на данный момент точно не известен полный спектр факторов, влияющих на обитаемость других звёзд. Необходимо напомнить, что буквально в 2012 году, астроном Никку Мадхусудхан заявил, что одна из планет в созвездии рака содержит в собственном составе около 30 процентов алмазов.

Планета из чистого алмаза. Большая углеродная планета диаметром примерно в пять раз больше Земли находится на расстоянии около 4000 световых лет от Солнечной системы. Из-за огромного давления, вызванного гравитационными силами планеты, углерод спрессовался, образовав гигантский алмаз. Эта экзопланета вращается по орбите вокруг миллисекундного пульсара PSR J1719-1438. Астрономы полагают, что пульсар когда-то был массивной звездой, которая впоследствии стала «звездным трупом» после превращения в сверхновую.

Подобные редкие миллисекундные пульсары предположительно образуются в двойных системах, когда большая звезда поглощает вещество своего спутника. В этом случае звезда-компаньон была, вероятно, белым карликом, которым станет наше Солнце, когда оно умрет. Белый карлик – это остаток, у которого больше нет ядерного топлива. Миллисекундный пульсар PSR J1719-1438 «съел» своего компаньона белого карлика, от которого осталось всего 0,1 процента его массы, после чего белый карлик превратился в экзотического кристаллического компаньона для пульсара – алмазную планету.

Астрономы также исследовали планету, которая вращается вокруг звезды, видимой невооруженным глазом, в два раза превосходит по размерам Землю и по сути является гигантским алмазом. Скалистая планета, названная 55 Cancri e, вращается вокруг подобной Солнцу звезды в созвездии Рака, и столь быстро, что ее год равен 18 земным часам.

Планета была открыта американо-французской исследовательской командой. Ее радиус в два раза больше радиуса Земли, а масса – в восемь раз больше земной. Ее плотность может быть такой же, как и у нашей планеты, хотя ранее открытые алмазные планеты имеют гораздо высокую плотность. Кроме того, 55 Cancri e невероятно горячая: температура у ее поверхности достигает 1648 градусов по Цельсию.

«Поверхность планеты, вероятно, покрыта графитом и алмазами, а не водой и гранитом», – рассказал Никку Мадхусудан, йельский ученый, результаты астрофизических работ которого готовятся к публикации в научном журнале Astrophysical Journal Letters.

Исследования, проведенные совместно с Оливье Моусисом в Тулузском научно-исследовательском институте астрофизики и планетологии, показали, что по крайней мере треть массы планеты (это примерно три массы Земли) могут составлять алмазы.

Алмазные планеты были известны астрономам и раньше, однако впервые был открыт и изучен в деталях такой объект, вращающийся вокруг звезды, подобной Солнцу.

Обнаруженная в 2004 году планета состоит из углерода (в форме алмаза и графита), а также железа, кремниевого карбида и, потенциально, силикатов, как считают ученые после изучения химического состава ее «хозяина», вокруг которого она вращается. Это одна из пяти планет, обращающихся вокруг звезды, названной 55 Cancri.

«Это наше первое знакомство с миром скалистых планет, химический состав которых очень сильно отличается от земного», – пояснил Мадхусудан и добавил, что открытие богатой углеродом планеты означает, что отдаленные скалистые планеты более нельзя рассматривать как близкие Земле по химическим компонентам, строению, атмосфере или биологии.

По словам Дэвида Спергеля, астронома из Пристонского университета, сравнительно просто узнать структуру и историю звезды, если известны ее масса и возраст. Однако планеты – гораздо более сложные объекты, и эта «богатая алмазами супер-Земля», возможно, станет для человечества кладезем открытий, поскольку ученые только начинают исследовать планеты вокруг соседних звезд.

Отметим, что «соседние» – относительное понятие в астрономии. Скажем, планета 55 Cancri e расположена от Земли на расстоянии приблизительно 40 световых лет, или 370 триллионов километров.

Ранее ученые предполагали, что поверхность планеты могла быть покрыта суперкритическими жидкостями, выделяемыми скалистыми структурами. Данная теория основывалась на предположении, что ее химический состав близок к земному. Однако последние исследования показали, что жидкости на алмазной планете нет совсем. Алмазный состав планеты означает, что она имела совершенно другую тектоническую и тепловую эволюцию, нежели Земля.

В дальнейшем ученые надеются продолжить наблюдения за 55 Cancri e и изучить ее атмосферу, а также собрать еще больше доказательств того, что эта планету можно считать «алмазным миром».

Земля, безусловно, богата драгоценными камнями, но по сравнению с драгоценностями на далеких планетах их количество может быть никчемным. Именно такие «сундуки с сокровищами» нашли ученые из университетов Швейцарии и Великобритании. Они считают, что их расположение и состав напрямую способствуют тому, чтобы на них легко образовывались драгоценные соединения, например, сапфиры и рубины.

На данный момент ученые нашли только три планеты, на которых предположительно много драгоценностей. Первая называется HD 219134 b и находится в 21 световом году от Земли, в созвездии Кассиопеи. Второй называется 55 Cancri e и расположен на расстоянии 41 световых лет. Третья, WASP-47 e, расположена дальше всех – в 870 световых годах от нашей планеты.

Планеты образованы из пыли и газа, которые были собраны в комки электростатической энергией. Эти частицы накапливались до тех пор, пока у них не появлялась сила для притягивания более крупных частиц для формирования полноценных планет. Далее в них образовались такие элементы как кремний, железо и магний.

Все они относятся к классу суперземель и состоят из огромного количества металлов и их сочетаний. Выборка из трех планет отличается тем, что они вращаются вокруг места своего образования и имеют совершенно иной состав чем у планет Солнечной системы. Например, ядро Земли состоит из железо-никелевого сплава, а ядра этих планет богаты кальцием и алюминием. Это во много раз увеличивает вероятность того, что в них содержится много сапфиров и рубинов, образованных из оксида алюминия.

Большое отличие состава этих планет было подтверждено компьютерным моделированием, созданным командой астрофизиков во главе с Кэролайн Дорн. Исследование показало, что их плотность на 10-20% ниже Земной, а планеты 55 Cancri e и Wasp-47 e настолько жаркие, что их атмосфера попросту сгорела. Также появилось предположение, что HD 219134 b блестит красно-синим цветом из-за большого количества рубинов и сапфиров.

Предположение о том, что 55 Cancri e похож на огромный алмаз, было выдвинуто еще в 2012 году в журнале Astrophysical Journal Letters. Считалось, что драгоценность образовалась при взаимодействии карбида кремния, силикатов и массивного железного ядра.с углеродом. К сожалению, последующие исследование не подтверждали наличие в нем углерода.

Напомним, что планеты состоят из космической пыли и газа. Они конденсируются в так называемом протопланетном диске – сплющенном газопылевом облаке, что вращается вокруг новорожденной звезды. Элекстростатические силы и высокие температуры стягивают частицы материи вместе, пока они не начнут формировать комки. В процессе этого их масса и, следовательно, сила притяжения кастет – если повезет, то со временем такие конгломераты и в самом деле могут сформироваться в планету.

На удаленных от звезды областях диска конденсируются такие элементы, как кремний, железо и магний. По мнению ученых-планетологов, именно такие образования и превратились в Венеру, Марс и Землю. Но чем ближе к звезде – тем выше температура. Это приводит к тому, что состав планеты меняется. «Даже в газовой фазе «строительные блоки», из которых формируется планета, имеют совершенно другой состав», поясняет астрофизик Кэролайн Дорн из Цюрихского университета. Исследователи провели моделирование таких систем и выяснили, что наряду с кремнием и магнием в новых планетах есть еще одна наиболее распространенная пара элементов – алюминий и кальций. А вот железа в них практически нет.

Учитывая ряд аномальных факторов, астрономы предполагают, что HD 219134 b может даже переливаться красными и синим, как рубины или сапфиры. А вот для поклонников бриллиантов новости неутешительные: в 2012 году ученые предположили, что 55 Cancri может состоять из алмазов, однако более поздние наблюдения показали, что столь высокое содержание углерода в ее породе скорее всего было ошибкой.

Астрофизики из Университета Цюриха изучили процесс образования каменистых планет, чьи орбиты располагаются на разном расстоянии от звезд. Они пришли к выводу, что в зависимости от расстояния – а значит, от температуры, при которой происходит конденсация газопылевого облака, – структура таких планет может быть различна. Один из вариантов предполагает низкую плотность, отсутствие железного ядра и преобладание кальция и алюминия с небольшой долей магния, кремния и других элементов. При таких условиях оксид алюминия будет формировать кристаллы (корунд). При наличии примесей хрома, титана или железа эти кристаллы будут представлять из себя драгоценные камни – рубины или сапфиры различных оттенков.

Когда в начале этого столетия астрономы начали накапливать данные об экзопланетах – планетах, обращающихся вокруг других звезд, – среди этих объектов удалось выделить довольно распространенный класс, получивший название «суперземель». Суперземли представляют собой каменистые небесные тела массой от 1 до 10 масс Земли. Состав планет зависит от того, при какой температуре, то есть на каком расстоянии от звезды, происходит их формирование. В той области, где располагаются Венера, Земля и Марс, преобладающими элементами планеты оказываются железо, кремний и магний. Так образуются планеты наподобие нашей, имеющие железное ядро и сильное магнитное поле.

Однако существуют и другие возможности. Астрофизики из Цюриха обратили внимание на планетную систему HD219134, находящуюся в 21 световом годе от нас в созвездии Кассиопеи. Вторая планета этой системы имеет массу примерно в 5 раз больше, чем Земля, однако вращается настолько близко от своей звезды, что совершает полный оборот всего за трое суток. Вероятно, плотность этой планеты на 10%-20% ниже, чем плотность Земли. Совокупность наблюдательных данных и теоретического моделирования указывают, что при таких условиях в составе планеты может почти не быть железа, а значит, у нее нет ни привычного нам ядра, ни магнитного поля. С другой стороны, недра такой планеты содержать много кальция и алюминия, в том числе в виде кристаллического оксида алюминия.

Al₂O₃ – химическое вещество, способное принимать много различных конформаций. На Земле он составляет один из главных компонентов глинозема. Однако в условиях высокого давления и температуры оксид алюминия способен принимать кристаллическую форму. Чистый оксид алюминия – корунд, бесцветный или сероватый кристалл, однако небольшие примеси придают ему цвет. Корунд с примесью хрома называется рубином: этот драгоценный камень по стоимости может превышать алмазы. Другие примеси превращают корунд в сапфиры различных оттенков.

Чтобы доказать истинность этой гипотезы, необходимо убедиться, что в далеких звездных системах существуют планеты пониженной плотности. Такие планеты действительно были обнаружены. Альтернативным объяснением низкой средней плотности может быть массивная атмосфера или водяные океаны, однако авторы работы приводят несколько аргументов в пользу того, что в случае HD219134 b речь идет именно о низкой плотности каменистого ядра планеты. А значит, вариант рубиново-сапфировых скал, сверкающих в лучах нестерпимо-яркого солнца, может оказаться реальностью.

Рубиново-сапфировые планеты – уже вторая попытка астрофизиков поразить воображение публики драгоценными камнями в небе. Первая была связана со звездой 55 созвездия Рака, пятая планета которой (55 Cancri е), как предполагалось, может бать очень богата углеродом и частично состоять из алмаза. Идея бриллиантовой планеты, к несчастью, довольно быстро была развенчана на основании результатов наблюдений. На смену ей сейчас приходят сапфирово-рубиновые небесные тела, которые тоже могут оказаться фикцией. Тем не менее, подобные научные работы (и последующие научно-популярные публикации) вносят важный вклад в астрономическую науку, поскольку способствуют привлечению внимания публики – а значит, потенциального финансирования, – к исследованиям экзопланет.

Облачно. Возможны осадки в виде рубинов. Так мог бы звучать прогноз погоды на экзопланете HAT-P-7b, если бы она была обитаемой. Группа астрономов из Великобритании выяснила: на этой экзопланете есть облака, в которых могут содержаться кристаллы рубинов и сапфиров.

Планеты Солнечной системы испытывают широкий спектр атмосферных явлений: от знаменитого Большого Красного Пятна на Юпитере и пылевых бурь на Марсе до электрических бурь и полярного сияния на Сатурне. Однако большие расстояния не позволяет различать краткосрочные погодные явления, например изменение направления ветра.

Впервые астрофизикам удалось зафиксировать существование погодных явлений на планете вне Солнечной системы. Речь идет об экзопланете HAT-P-7b, расположенной на расстоянии более 1000 световых лет от Земли. Выводы ученых основаны на наблюдениях за свечением космического объекта.

Этот газовый гигант почти на 40% больше Юпитера – крупнейшей планеты Солнечной системы. Из-за близости к звезде, вокруг которой вращается HAT-P-7b, температура на планете составляет более 2 тысяч градусов по Цельсию.

Дэвид Армстронг из Университете Уорвика (Великобритания) и его коллеги в течение четырех лет изучали данные со супутника Kepler и заметили, что яркость планетыHAT-P-7b изменяется с течением времени.

Ученые обнаружили, что самые яркие участки на HAT-P-7b периодически меняют свое положение. Они предположили, что это может быть связано с движением облаков, возникающим из-за разницы температур на «темной» и «светлой» сторонах планеты. Судя по всему, на более холодной «ночной» стороне облака формируются, а испаряются на «дневной» стороне, куда их переносят ветры.

По мнению ученых, облака на планете состоят из корунда – минерала, разновидностями которого на Земле являются рубины и сапфиры. Результаты этого исследования позволяют ученым рассчитывать на новые открытия необычных атмосферных явлений за пределами Солнечной системы.

Дэвид Армстронг из университета Уорика отметил, что экзопланета HAT-P-7b – одна из первых планет, открытых орбитальным телескопом «Кеплер». Она находится на расстоянии тысячи световых лет от Земли и является газовым гигантом, «горячим юпитером», вращающимся близко к звезде. На ночной стороне планеты (которая не обращена к звезде) температура равна примерно 1300 градусов Цельсия. На границе с дневной стороной планеты с температурой до 2500 градусов Цельсия формируются облака. Сильные ветры отправляют их на дневную сторону, и они повышают отражающую способность атмосферы. Она резко охлаждается, ветры прекращаются. Так как скорость ветра часто меняется, облака могут исчезнуть практически сразу после формирования.

Дожди на HAT-P-7b – первый пример погоды на газовом гиганте вне Солнечной системы Состав дождей на HAT-P-7b определили, анализируя узор линий спектра планеты и ее атмосферы. Также учитывали изменение яркости и другие свойства свечения. Астрономы установили, что облака на HAT-P-7b состоят из корунда. Этот минерал является основой для рубинов, сапфиров и других драгоценных камней. Облака формируются на границе между дневной и ночной сторонами планеты и могут насыщать каплями драгоценных камней нижние слои атмосферы. У других известных «горячих юпитеров» также обнаруживались интересные особенности. Так, облака могли включать большие количества свинца или стекла, а воздух состоял из испаренных горных пород и металлов, причем скорость ветра была сверхзвуковой.