Есть ли во Вселенной вторая Земля? Наши знания о планетных системах постоянно растут, поскольку новые технологии совершенствуют возможности наблюдений. На сегодняшний день за пределами Солнечной системы уже обнаружено около четырех тысяч планет. Их массы и радиусы можно использовать для определения средней плотности, но не точного химического состава и структуры. Таким образом, интригующий вопрос о том, как выглядят экзопланеты, остается открытым.

«Теоретически мы можем предположить различные композиции, такие как мир, состоящий только из воды, или полностью каменные экзопланеты, к примеру, обладающие атмосферой из водорода и гелия, и подсчитать, какие радиусы могут быть у таких планет», – объясняет Майкл Лозовский, докторант из группы профессора Равита Хеллинга в Институте вычислительной науки при Цюрихском университете (Швейцария).

Ученые использовали базы данных и статистические инструменты, чтобы охарактеризовать экзопланеты и их атмосферы. Планетные системы довольно распространены, однако непосредственно измеренные данные ранее не позволяли исследователям определять их точную структуру, поскольку разные составы могут приводить к одинаковой массе и радиусу. Чтобы повысить точность данных, научная группа также исследовала предполагаемую внутреннюю структуру, температуру и отражательную способность у 83 из известных планет, для которых массы и радиусы хорошо определены.

«Мы применили статистический анализ для определения пределов возможных композиций. Используя базу данных обнаруженных экзопланет, мы установили, что у каждой теоретической планетарной структуры имеется «пороговый радиус», за пределами которого не может быть планет определенного состава», – объясняет Майкл Лозовский.

Важным фактором при определении порогового радиуса является количество элементов в газообразном слое, которые тяжелее гелия, процентное соотношение водорода и гелия, а также распределение элементов в атмосфере.

Исследователи из Института вычислительной науки обнаружили, что планеты с радиусом менее 1,4  радиуса Земли могут быть земного типа, а экзомиры с радиусом выше этого порога содержат более высокую долю силикатов или других легких материалов. Большинство планет с радиусом выше 1,6 радиуса Земли должны иметь слой газообразного водорода или воды в дополнение к их скалистому ядру, в то время как экзопланеты в 2,6 раза превышающие Землю по размеру не должны быть водными мирами и поэтому могут быть окружены плотной атмосферой. Ожидается, что планеты с радиусом более 4 радиусов Земли будут газообразными и как минимум на 10 процентов состоять из водорода и гелия, подобно Урану и Нептуну.

Экзопланеты в сравнении с Землей, Меркурием и Нептуном. Credit: University of British Columbia