Распространенное мнение: правда ли, что Юпитер — это «неудавшаяся» звезда?
Самая маленькая из известных звезд главной последовательности в галактике Млечный Путь — это красный карлик EBLM J0555-57Ab, удаленный от нас на 600 световых лет. При среднем радиусе около 59 000 километров он лишь немного больше, чем Сатурн. Это делает ее самой маленькой известной звездой, поддерживающей водородный синтез в своем ядре. Именно этот процесс заставляет звезды гореть, пока у них не закончится топливо.
В нашей Солнечной системе есть два объекта крупнее этой крошечной звезды. Одним из них является Солнце, другим — Юпитер, похожий на гигантский шарик мороженого, средний радиус которого составляет 69 911 километров.
Так почему же Юпитер планета, а не звезда?
Короткий ответ прост: у Юпитера недостаточно массы, чтобы превратить водород в гелий. Масса EBLM J0555-57Ab примерно в 85 раз больше массы Юпитера, и при этом она настолько легка, насколько вообще может быть легкой звезда. Если бы это тело стало еще немного легче, то утратило бы способность синтезировать водород.
Но если бы наша Солнечная система была другой, мог ли Юпитер гипотетически превратиться в звезду?
Юпитер и Солнце похожи больше, чем вы думаете
Масса Юпитера в 2,5 раза больше, чем у всех остальных планет вместе взятых. Просто, будучи газовым гигантом, он имеет очень низкую плотность: около 1,33 грамма на кубический сантиметр. Для сравнения, плотность Земли составляет 5,51 грамма на кубический сантиметр, что в четыре раза выше.
Но интересно то, что плотность Солнца тоже невелика — всего 1,41 грамма на кубический сантиметр. По массе Солнце примерно на 71% состоит из водорода и на 27% из гелия, а остаток приходится на следовые количества других элементов. Юпитер по массе состоит примерно из 73% водорода и 24% гелия – удивительное сходство, не правда ли?
Именно по этой причине Юпитер иногда называют «несостоявшейся звездой».
Но по-прежнему маловероятно, что, предоставленный Солнечной системой на произвол судьбы, Юпитер однажды смог бы хотя бы приблизится к тому, чтобы стать звездой.
Как рождаются звезды и планеты
Видите ли, звезды и планеты рождаются благодаря двум очень разным механизмам. Звезды появляются, когда плотный узел вещества в межзвездном молекулярном облаке разрушается под действием собственной гравитации. Постепенно все больше материи поступает в звездный аккреционный диск.
По мере того, как масса — а, следовательно, и гравитация — растет, ядро молодой звезды сжимается все сильнее и сильнее, что заставляет ее нагреваться все больше. В конце концов, оно становится настолько сжатым и горячим, что ядро воспламеняется, и начинается термоядерный синтез.
Согласно нашему пониманию звездообразования, когда звезда заканчивает аккрецировать материал, некоторая часть аккреционного диска остается невостребованной. Вот из него-то в конечном итоге и формируются планеты планеты.
Астрономы считают, что для таких газовых гигантов, как Юпитер, этот процесс начинается с крошечных кусков ледяной породы и пыли в диске. Когда они вращаются вокруг молодой звезды, эти кусочки вещества начинают сталкиваться, слипаясь благодаря статическому электричеству. В конце концов, они достигают достаточно больших размеров — около 10 масс Земли — и могут гравитационно притягивать все больше и больше газа из окружающего диска.
С этого момента Юпитер постепенно набирал массу, пока не остановился на нынешней отметке — примерно в 318 раз больше массы Земли и в 0,001 раза больше массы Солнца. Как только он проглотил все доступное ему вещество, то просто перестал расти.
Таким образом, Юпитер никогда не был даже близок к тому, чтобы стать звездой. По составу он подобен Солнцу не потому, что он был «неудавшейся звездой», а потому, что он родился из того же облака молекулярного газа, из которого родилось Солнце.
Настоящие звезды-неудачники
Существует другой класс объектов, которые можно считать «неудавшимися звездами». Это коричневые карлики, и они заполняют пробел между газовыми гигантами и звездами.
Начиная примерно с 13-кратной массы Юпитера, эти объекты достаточно массивны, чтобы поддерживать ядерный синтез — не обычного водорода, а дейтерия. Он также известен как «тяжелый» водород; это изотоп водорода с протоном и нейтроном в ядре вместо одного протона. Его температура и давление плавления ниже, чем температура и давление плавления водорода.
Поскольку это происходит при более низкой массе, температуре и давлении, синтез дейтерия является промежуточным этапом на пути к синтезу водорода для звезд, поскольку они продолжают накапливать массу. Но некоторые объекты никогда не достигают такой массы; они и известны как коричневые карлики.