Иногда «горячий Юпитер» или «горячий Нептун» расположены слишком близко к своим звездам. После того, как звезды сжигают эти экзопланеты и срывают полностью газовую оболочку, остается лишь скалистое ядро, которое ученые окрестили хтонические планеты. Их близость к своим звездам может означать, что они покрыты лавой.

Супер-Земля COROT-7b также может быть хтонической планетой, так как ее орбита в 23 раз ближе к своей звезде, чем Меркурий к нашему Солнцу. Одна из открытых экзопланет HD209458b, по прозвищу Осирис, может быть на пути к превращению в хтоническую планету.

Слово «хтонический» (от греческого «земля, почва») используется в мифологии для обозначения божеств из подземного мира. Аид, Персефона, Цербер у греков или Хель у скандинавов и старая недобрая Баба яга – это хтонические существа. Просто для справки.

Но в реальном мире есть вещи покруче – целые хтонические планеты.

В нашей Солнечной системе газовые гиганты нарезают круги на далёких рубежах, а планеты земной группы расположены ближе всего к светилу. Но у других звёзд чаще бывает наоборот: газовые гиганты, которые астрономы называют «горячие юпитеры», носятся по орбите чуть ли не впритык к своему солнцу. И это оборачивается для них крупными неприятностями.

Звезда постепенно сдувает с гиганта его атмосферу своим солнечным ветром. Кроме того, газы сами испаряются от высоких температур. И постепенно от гиганта не остаётся ничего, кроме небольшого каменного ядра. Это ядро и называется хтонической планетой.

Примером может служить суперземля в созвездии Единорога – COROT 7 b, большая, каменная и горячая. Когда то она была газовым гигантом размером с Сатурн, но светило испарило его. Остался только каменный огрызок, в полтора раза больше Земли. Он раскалённый с одной стороны и оледеневший с другой.

Хтонические планеты – гипотетический класс объектов, являющихся результатом отсечения атмосферы водорода и гелия газового гиганта и внешних слоёв, который называется гидродинамическим побегом. Такая атмосферная полосатость является вероятным результатом приближенности к звезде. Оставшееся ядро во многих отношениях напоминало бы наземную планету.

Так, например, измерения вариаций времени ожидания указывают на то, что Кеплер-52b, Кеплер-52c и Кеплер-57b имеют максимальные массы между 30 и 100 раз превышающие массу Земли (хотя фактические массы могут быть намного ниже); при радиусах около 2 радиусов Земли они могут иметь дензиты больше, чем у железной планеты того же размера. Эти экзопланеты очень близки к своим звездам и могут быть остатками корок испарившихся газовых гигантов. Если коры достаточно массивны, они могут оставаться сжатыми в течение лет, несмотря на потерю атмосферной массы.

HD 209458 b является примером газового гиганта, который находится в процессе удаления своей атмосферы, хотя он не станет хтонической планетой в течение многих лет, если когда-либо. Аналогичным случаем был бы Иезе 436b, который уже потерял 10% своей атмосферы.

COROT-7b – первая обнаруженная экзопланета, которая может быть хтонической. Другие исследователи оспаривают это, и jude COROT-7b всегда был ровной планетой, а не эродированным ядром газового или ледяного гиганта, из-за юного возраста звёздной системы.

В 2020 году планета высокой плотности, более массивная, чем Nept, была найдена очень близко к своей звезде-хозяину, в пределах нептунианской пустыни. Этот мир, TOI 849 b, вполне может быть хтонической планетой.

Общепринято, что наша Солнечная система возникла в результате сгущения холодного слегка вращающегося газово-пылевого облака. После расслоения облака его внутренняя часть превратилась в звезду, а внешняя образовала планеты, астероиды и прочие мелкие объекты.

Планетная система делится на две части так называемой "линией льда", которая в нашем случае проходит между орбитами Марса и Юпитера. Внутри от "линии льда" летучие вещества (вода, аммиак, метан, углекислый газ, угарный газ) в основном испаряются, снаружи от нее – конденсируются в ледяные пылинки, огромные массы которых могут входить в состав планет.

В результате внутри от "линии льда" образовались твердые планеты земного типа (Меркурий, Венера, Земля, Марс), а снаружи – планеты-гиганты, превосходящие планеты земного типа массой в десятки и сотни раз, но гораздо менее плотные (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун).

Этому мнению есть забавная альтернатива. Некоторые ученые (правда, на данный момент очень немногие) считают, что изначально все планеты были газовыми гигантами. Газовый гигант имеет маленькое тяжелое ядро и обширную газовую оболочку. Воздействие Солнца сорвало с ближних планет газовые оболочки, и в результате образовались планеты земного типа. Согласно этой гипотезе, такие железо-силикатные планеты, как Меркурий, Венера, Земля, Марс – это бывшие каменные ядра юпитероподобных планет-гигантов.

Эта теория, похоже, является единоличным изобретением крупного геолога, академика Алексея Александровича Маракушева (1925–2014). В серии работ, написанных совместно с учениками, Маракушев развил свою идею до целой космологической концепции. Увы, насколько мы понимаем, эта теория не подтверждается ни современными количественными моделями планетогенеза, ни данными по изотопному составу атмосфер, а потому не пользуется сейчас никакой популярностью.

Тем не менее, уже после того, как Маракушев впервые опубликовал свою теорию, она получила интересное независимое (хотя и косвенное) подтверждение. Мы имем в виду открытие "горячих Юпитеров" – иносистемных планет-гигантов, вращающихся очень близко к своим звездам.

Радиус орбиты типичного "горячего Юпитера" в несколько раз меньше, чем у орбиты Меркурия. Находясь так близко к звезде, планета-гигант не может не испытывать ее сильного физического воздействия.

Действительно, под действием излучения звезды "горячий Юпитер" должен постепенно терять газовую оболочку и может рано или поздно потерять ее совсем. Причем это не чисто умозрительное предположение. По некоторым данным, есть планеты-гиганты, которые действительно прямо сейчас стремительно теряют газовый слой, и есть, скорее всего, даже бывшие планеты-гиганты, которые его уже полностью потеряли – такие предложено называть "хтоническими планетами".

"Хтоническая планета" – это и есть каменное ядро бывшего газового гиганта, превратившееся в планету земного типа. Если гипотеза насчет "хтонических планет" верна, значит, Маракушев правильно угадал возможность такого способа планетообразования. Только, скорее всего, не в нашей Солнечной системе: существование околосолнечных планет-гигантов пока ничем не доказано.

Даже очень необычная теория может содержать в себе крупицу истины. Хотя чаще всего – не там, где думал ее создатель.

Идея хтонических планет стала популярной благодаря планете Осирис, находящейся примерно в 153 годах от Солнечной системы. Ученые аэрокосмического агентства NASA были удивлены, когда обнаружили углерод и кислород в атмосфере планеты, находящейся за пределами Солнечной системы. Однако позже выяснилась еще одна интересная деталь – атмосфера Осириса очень быстро испаряется.

На базе этого исследователи вывели новый класс планет, называющихся хтоническими. Становятся они ими тогда, когда газовые гиганты, похожие на наш Юпитер, выходят на критический уровень сближения со своими родными звездами. В этом случае внешние слои их атмосферы начинают быстро испаряться. По своей сути Хтонические планеты являются останками некогда больших газовых гигантов, утративших свою газовую оболочку и обнаживших свое плотное центральное ядро.

Начиная с 1990-х годов, когда было подтверждено существование первых экзопланет, учёные находят всё больше и больше таких объектов, для которых ещё не существует определения.

Недавнее пополнение семейства экзопланет – хтонические планеты. Сверхплотные планеты, чуть больше Земли по размерам, но плотнее железа. В настоящее время учёные пытаются понять, как они формировались.

Открытие первой хтонической планеты произошло около 10 лет назад. Планета CoRoT-7b была обнаружена на расстоянии в 490 световых лет от нас, а её орбита вокруг родительской звезды настолько тесная, что планета совершает один оборот вокруг своего светила за 20 часов.

Оливье Грассет, геофизик из Нантского университета, Франция, говорит, что такие планеты формировались в результате испарения планет размером с Нептун. После формирования во внешней части планетной системы планеты мигрировали во внутреннюю часть системы. Там они становились «горячими нептунами», их летучие внешние оболочки испарялись и оставляли после себя плотные ядра из металла и камня, считают Грассет и его коллеги.

Астрономия, как и многие другие науки, полна терминами, которые легко вводят в заблуждение сторонних наблюдателей. Более того, термины могут дублировать друг друга, или быть частными случаями более общего явления. Давайте разберемся в одном из таких терминологических клубков, а заодно посмотрим и на сами объекты.

Не всем звездным системам везет так, как нашей Солнечной. Ведь внутренних каменных экзопланет так называемой «земной группы» найдено не так уж и много. Все дело в том, что часто газовые гиганты, сформировавшись относительно далеко от звезды, сходят с орбиты и почти что падают на звезду, распихивая все на своем пути. В том числе землеподобные планеты.

На звезду они в итоге не падают, но останавливаются почти у самой ее поверхности. Обращаются вокруг звезды такие планеты всего за несколько дней и того быстрее. Само собой, газовые гиганты нагреваются, а что мы знаем про газ? Что он расширяется при нагревании. Плотность падает.

Называется это «горячие юпитеры». Но если период обращения всего 1-2 дня, то это уже «короткопериодические горячие юпитеры» или «горячие-горячие юпитеры». А если масса планеты не более 2-х юпитерианских, то это уже «горячий сатурн» или «рыхлая планета».

Одна из самых больших, если не самая, среди найденных экзопланет – WASP-17 b – как раз рыхлый горячий сатурн без колец. В диаметре он в 2 раза больше Юпитера, а по массе в 2 раза меньше. Так что средняя плотность планеты меньше, чем у пенопласта.

Но это средняя. Скорее всего, у планеты есть твердое ядро. Наличие твердых ядер у газовых гигантов пока не подтверждено, но это не мешает астрономам искать планеты, которые из этих ядер получаются. Рано или поздно вся рыхлая оболочка гиганта сдувается и остается одно лишь твердое ядро, размером +- с Землю. И называется оно «хтоническая планета».

А в классификации такие хтонические планеты, несмотря на то, что их судьба совсем иная, все равно будут считаться землеподобными из-за размера и состава поверхности. Кстати, твердость поверхности не так важна. Она ведь может быть совсем не твердой. Что это значит? Разберем на примере.

Самый перспективный на сегодняшний день кандидат на роль первой обнаруженной хтонической планеты – объект Corot-7b примерно в 150 парсеках от нас по направлению на созвездие Единорога. Называется в честь космического телескопа, нашедшего планету, запущенного с Байконура «COnvection ROtation and planetary Transits». Сначала считалось, что она примерно в 2 раза меньше Земли по размеру и может быть планетой-океаном (как же они ошибались!), но через год уже считалось, что она в 2 раза больше Земли.

Само собой Corot-7b находится в приливном захвате со звездой, ведь, скорее всего, это ядро бывшего горячего юпитера. На всегда повернутой к звезде стороне температура достигает двух с половиной тысяч градусов. В таких условиях каменная поверхность превращается даже не просто в лаву, а в кипящую лаву. А там, где кипение, там и пар, а там где пар, там и облака, а где облака, там и дожди. Из камней.