Обычный необычный глобус (бонус к 27-29-й главам "Каждому по потребностям")

В прошлом посте мы поговорили про необычную систему Нуты. Возникает интересный вопрос, а каковы же обычные планетарные системы, и есть ли примеры таких в книге. Спойлер: они совсем не такие, как Солнечная.

Давайте начнём с пятиминутки ИРЛ

Как только астрономы смогли открыть экзопланеты с помощью наблюдения транзитов, оценить их массы и размеры — представление об эволюции звёздных систем перевернулось. Раньше-то перед глазами была только Солнечная. И все гипотезы о том, как вообще формируются планеты, отдавали подгонианом. Особенно предположения фантастов. А потом глаза полезли на лоб, поскольку у других звёзд массово стали находить горячие юпитеры. То есть, газовые гиганты массой с Юпитер и крупнее, но находящиеся на орбите с инсоляцией раз в 10 больше, чем у Меркурия. То есть, раза в 3 ближе к звезде, если бы эта звезда светила как Солнце. Откуда там столько водорода-гелия и как его ещё не сдуло солнечным ветром? Висел немой вопрос, но возле новых и новых планет продолжали находиться горячие юпитеры. Причём их орбиты обычно были не круговыми, а заметно вытянутыми в эллипс. Ладно бы тренд просто рушил теории учёных, так ведь он сводила к минимуму вероятность наличия нормальных землеподобных планет в зоне жизни. Все фантасты либо дружно приуныли, либо дружно забили.

Сегодня мы знаем, что это искажение, связанное с ограничением методов наблюдения. Чем больше и ближе к звезде планета, тем легче её обнаружить. Более современные обзоры показывают, что только у 1% звёзд есть горячие юпитеры. Для сравнения, до 20% звёзд в принципе имеют в своей системе хоть какие-то газовые гиганты. Из них ¾ это вполне обычные юпитеры, прямо как у нас, чья инсоляция находится в диапазоне от Земли до Урана. Картина выше из статьи 2016 года на данных 2012, с тех пор была значительно дополнена, но уже по ней видно, что наш Юпитер — максимально типичный газовый гигант, а Сатурн отличается от типичного, но не сильно. Просто они необнаружимы методом транзитов: слишком долго длится год. Нормальные юпитеры начали находить только методами радиальных скоростей, микролинзирования и прямых наблюдений. И быстро накопились данные, по которым их гораздо больше, чем горячих.

По 1/10 обнаруженных газовых гигантов либо холодные (получают меньше света звезды, чем Уран), либо тёплые (в диапазоне от трети перигелия Меркурия до Земли). По современным представлениям, только 1 из 20 газовых гигантов — горячий юпитер. Остальные похолоднее А если в системе два таких здоровяка, то их орбиты скорее всего будут почти круговыми, т.к. они оказывают друг на друга стабилизирующее воздействие. То есть, своими газовыми гигантами Солнечная как раз максимально типична.

Но чем мы всё-таки необычны?

Своими нептунами и их отсутствием.

Есть 4 типа звёздных систем: упорядоченные по возрастанию, по убыванию, смешанные и однородные. По современным представлениям, то, какой система будет, связано с условиями формирования планет. То есть, с массой диска и содержанием в нём тяжёлых элементов. 8 из 10 звёздных систем — однородные, с планетами близкой массы. Это объясняется тем, что большинство звёзд — лёгкие и старые классов К и М, которые ни массивного диска не имели, ни тяжёлые элементы ещё не накопились в облаках, когда они формировались.

Естественно, меньше вещества в дисках => меньше и сами планеты, поэтому наиболее распространённый класс, встречающийся в половине звёздных систем, — это супер-земли и мини-нептуны. Наиболее полные данные есть по планетам на малом расстоянии от звезды (год 100 дней и меньше, вполне себе зона жизни для M и маленьких К). Они показывают такое распределение

Видны два кластера с разрывом между ними. То и другое - весьма неприятная ситуация для строительства звёздных империй. С супер-земли мешают взлетать гравитационные потери, а суб-нептун вряд ли способен удержать крупный спутник размером хотя бы с Марс, где возможны своя вода и атмосфера. Казалось бы, если масса типичного суб-нептуна колеблется в пределах от 3 до 10 масс Земли, соотношение массы планеты к массе спутника размером с Марс составит примерно от 30:1 до 100:1. У нас перед глазами пример, что гравитационно такое возможно: соотношение масс в системе Земля-Луна ~81:1. Но ведь как-то же такой спутник должен появиться.

Спутниковые планеты

Современные модели формирования газовых гигантов (и нептунов) предполагают, что когда они собирают пыль из околозвёздного диска, она сначала падает через околопланетный, в котором задерживается какая-то масса, из которой формируются спутники. Но именно «какая-то»: примерно 0,01% массы самой планеты. Титан у Сатурна и Тритон у Нептуна дают представление о предельных размеров лун, формируемых этим механизмом. Марс таким образом может сформироваться у планеты, которая весит минимум как 3 Юпитера. Даже по данным 2012 года таких хватает в зоне жизни. Парочка систем, в которых Корзэб и Валор, вполне найдутся. Но ответ на вопрос читателя: «Наверняка же помимо Юнацу позже и другие спутники терраформировали?» отрицательный. Юнацу собрала в себя почти всю массу, оставшуюся от Корзэба на спутники, и это в целом похоже на систему Сатурна, где есть большой Титан с атмосферой и много малых безатмосферных лун, с которых очень удобно возить ресурсы, но разрабатываются они именно как луны.

Но в большинстве систем нет тел массой 3+ Юпитера. Поэтому ранняя экспания что Корзэба, что Таврилиана, рассчитанная не на освоение совсем новых миров, а на собирание деградировавших, которые остались после «программы чёрных папоротников», но при этом завязанная на гравитационные манёвры у тёплых планет-гигантов, — была крайне фрагментарной. К моменту обретения предельных ядерных двигателей, смягчивших проблему, территория вторичных империй представляла собой сложный фрактал, внутри которого могло прятаться что угодно.

Не спутниковые планеты

Орзир был одной из подходящих целей такой экспансии. Звезда маленькая и старая. Имеет пять планет, следующих принципу «горошины в стручке». Упорядоченность у внутренних планет обычно прямая: чем дальше от звезды, тем больше строительного материала захватывает зародыш планеты в окрестностях своей орбиты. А вот у внешних — обратная. Там начинает работать фактор убегания вещества под давлением солнечного ветра. На орбите с периодом 100-200 лет за то время, пока ядро собирает лёд и газ, их успевает неплохо так сдуть. В Солнечной внешние планеты упорядочены в правильном порядке, а вот внутренние — нет, и это странно. Но у Ордонира стручок идеальный:

1) Три внутренние планеты, массы которых соотносятся примерно как 1:1.5:2.25. Землеподобный Ордонир — в центре. Из рассуждений в главе 21 можно понять, что она несколько меньше Земли, но вращается медленнее. Несмотря на отсутствие гравитационного тормоза в виде спутников, сама система гораздо старше. Длина секундного маятника ~gT2. Если Т измеряется в других секундах, то чтобы компенсировать снижение g на 5%, надо уменьшить секунду на 2,5% Сутки на Орзире длятся 10 тысяч «третьих малых долей», каждая из которых представляет собой ~0.975 «третьих малых долей» Эзеры, то есть, ~1.016 наших секунд. Получается, в сутках Орзира ~28.21 земных часов. Это многовато, и дискомфорт для земных организмов будет ощущаться. Но в остальном у планеты минусов не было на момент встречи с «программой чёрных папоротников». Идеальное расположение почти посередине зоны жизни. Обычная углекислотная атмосфера, причём не очень толстая, почти идеальная гравитация и достаточный наклон оси для нормальной градации климатических зон. Просто засеять — и всё. Раскрутить планету ударами астероидов и комет мешало то, что в старой системе таковых почти не осталось.

При этом, Орзир даже тяжелее Земли. Меньшая g достигается за счёт радиуса планеты, который больше из-за низкой металличности. В комментариях к рассказу был вопрос, почему у аборигенов Орзира есть ядерные реакторы, но нет ядерного оружия. Ну так вот. На их планете вообще большие проблемы с тяжёлыми металлами. Богатых рудных залежей нет. Вторичное развитие цивилизации опиралось во многом на повторное использование металлолома из руин Праимперии. Местным повезло, что деградации ниже железного века не было, но за 2300 лет от Войны Гнева еле доползли до нашей середины ХХ века по технологиям. Настоящий ренессанс случился с повторным открытием пластмассы, но там уже и орнитоиды прилетели.

2) Первая планета - безатмосферное тело примерно на 0.7 массы Земли, по химическому составу примерно соответствует нашей Луне, но по инсоляции находится между Меркурием и Венерой. Геологическую активность когда-то имела, но не сохранила. Для освоения интересна в основном возможностью понастроить солнечных батарей, но бедность металлами и водой не позволяет развернуть серьёзную промышленность.

3) Третья планета, она же «Закатная звезда» — сверхвенера на максималках. Всего 2 массы Земли, но этого ей хватило, чтобы собрать очень мощную атмосферу из водяного пара, углекислой и серной кислоты и затянуться облаками, приближающими альбедо к единице. Из-за близости к линии замерзания Закатная вобрала много воды. По сути, это планета-океан, где расстояние до дна сравнимо с толщиной земной коры. Причём кислотный океан. Средняя плотность даже меньше, чем у Венеры. Картинка выше показывает, как примерно устроены такие планеты, но не учитывает низкой металличности системы, из-за которой, во-первых, плохо дифференцированы каменная мантия и железное ядро, во-вторых, сама планета гораздо легче, и большая часть ледяной мантии находится в жидком состоянии. То есть, океан чуть ли не на 1000 км вглубь тянется, и освоение планеты не представляет вообще никакого практического интереса.

Скорее как вот здесь в варианте warm.

С учётом атмосферы, наблюдаемая площадь этого небесного тела получается в 3 раза больше, чем у Венеры, а при максимальном сближении расстояние даже чуть меньше. Поэтому Закатная действительно очень ярко светит в небе Орзира, хоть и не заменяет отсутствующую луну. И в сумерках видна с поверхности первой — ещё до того, как окончательно стемнеет.

Спутников у Закатной нет из-за близости орбит с Орзиром. Могло быть несколько мелких вроде Фобоса, но за миллиарды лет они не удержались. Слишком близкие упали на планету, слишком далёкие — улетели под постоянными рывками Орзира.

4) Четвёртая планета — субнептун вроде нашумевшего недавно Kepler-22 b, но чуть крупнее и за снеговой линией. На приведённой ниже диаграмме он скользнул вверх, а Закатная — вниз.И эта планета уже интересна для освоения, поскольку имеет луны, похожие на Миранду, Ариэль и Умбриэль (спутники Урана). Малая скорость убегания, богатое разнообразие льдов и полное отсутствие альтернатив в рамках Ордонира. Вернее, альтернативы есть в виде местного пояса Койпера, но это далеко и невкусно. А вот в окрестностях 4-й планеты чарийцы вполне себе построили базу космофлота. Из дополнительных плюсов: она достаточно крупная, чтобы удерживать гелий в заметных количествах, но достаточно мелкая, чтобы не сильно мешать его добыче из атмосферы. Поэтому дополнительно раскроется к позднему таймлайну, когда все перейдут на термоядерные двигатели.

Крупные луны у земель и нептунов появляются только в различных катастрофических сценариях. Об этом мы поговорим в следующий раз.