Газодинамические особенности оболочек экзопланет класса "горячий юпитер"

• Автор: Ионов, Дмитрий Эрикович
• Шифр специальности: 01.03.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 110 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 Газодинамика оболочек «горячих юпитеров»
1.1 Используемая модель
1.1.1 Физическая модель
1.1.2 Математическая модель
1.1.3 Численная модель
1.2 Особенности взаимодействия верхних атмосфер «горячих
юпитеров» со звездным ветром
1.3 Несферическая оболочка экзопланеты VASP-12b
2 Оболочки «горячих юпитеров»
2.1 Типы оболочек «горячих юпитеров»
2.2 Фотометрические проявления несферической оболочки «горячего юпитера»
2.3 Спектроскопические проявления несферической оболочки
«горячего юпитера»
3 Влияние надтепловых фотоэлектронов на свойства атмосфер «горячих юпитеров»
3.1 Равновесные модели термосферы «горячего юпитера»
3.2 Процессы ионизации с учетом высокоэнергичных фотоэлектронов
3.3 Расчет параметров атмосферы НБ 2094586 с учетом фотоэлектронов

3.4 Определение эффективности нагрева атмосферы планеты
НБ 209458Ь
Заключение
Литература

Введение
Актуальность проблемы
Изучение экзопланет — одна из самых интересных тем современной астрофизики. Первые экзопланеты были открыты около двадцати лет назад, с тех пор число известных экзопланет растет экспоненциально. К марту 2014 г. было открыто более 1000 экзопланет в более чем 700 звездных системах. Еще более 2000 объектов содержится в списке кандидатов в экзопланеты, составленным по результатам наблюдений на космическом телескопе Kepler. Ожидается, что в ходе работы будущих наземных и космических телескопов, число открытых экзопланет существенно возрастет уже в ближайшем будущем. Так, запущенный в декабре 2013 г. аппарат Gaia должен открыть свыше 10 тысяч экзопланет.
Из всех известных экзопланет наиболее перспективными для исследований являются транзитные планеты, то есть планеты, для которых угол между плоскостью их орбиты и лучом зрения наблюдателя настолько мал, что мы можем наблюдать прохождение планеты по диску звезды — транзит. Фотометрические и спектроскопические наблюдения транзитов в сочетании с измерением лучевых скоростей звезды позволяют определить массу планеты, ее радиус, а также получить спектры поглощения, из которых можно извлечь информацию о строении, составе и динамике верхних слоев ее атмосферы.
В настоящее время среди транзитных планет наибольший интерес представляют экзопланеты класса «горячий юпитер». Так называются массивные газовые гиганты (с массой порядка массы Юпитера) расположенные в непосредственной близости от звезды, на расстояниях не превыша-

на котором длина свободного пробега частиц атмосферы сравнивается со шкалой высот. Из уравнения (1.30) следует, что даже небольшое переполнение приводит к интенсивному оттоку. Так, для планеты с параметрами Юпитера переполнение = 0,1 приводит к оттоку с интенсивностью
М/М ре 4 • 1СГ8с-1. При постоянном темпе оттока время жизни планеты в этом случае не превысит 300 дней.
Нужно учесть, что полость Роша «горячих юпитеров», в силу близости их к звезде, наоборот, гораздо меньше полости Роша Юпитера или Сатурна и сравнима с размерами самой планеты. Поэтому можно ожидать, что многие «горячие юпитеры» окажутся нестабильными к истечению из точек Лагранжа.
Тот факт, что наблюдается большое количество горячих юпитеров с атмосферой, превышающей размеры ее полости Роша, находится в явном противоречии с приведенными оценками времени жизни атмосфер таких планет. Очевидно, что использование упрощенного выражения (1.30) дает лишь оценку для времени жизни планеты, поскольку не учитывается зависимость скорости потери массы от времени. Однако тривиальный анализ показывает, что эта оценка вполне справедлива. Действительно, потеря массы планетой в процессе истечения должна повлечь за собой сжатие полости Роша, что только увеличит переполнение и, как следствие, темп оттока атмосферы. То есть величина, полученная согласно (1.30), будет минимальной оценкой времени жизни «горячего юпитера». Для планет с каменным ядром отток вещества будет уменьшаться со временем. Причина этому заключается в том, что относительная масса их атмосферы невелика, поэтому отток вещества не повлечет за собой значительного изменения размеров полости Роша. Таким образом, предполагая справедливость приведенных оценок времени жизни «горячих юпитеров», мы приходим к необходимости поиска физических процессов, которые будут препятствовать оттоку вещества из атмосферы.