Все планеты земного типа имеют железо-никелевое ядро. Но железная планета, как ясно по названию, состоит из такого ядра практически полностью. Плотность экзопланеты Kepler-10 b составляет 8.8 г/см3 и указывает на то, что в её составе силикатов нет или очень мало. Это вполне возможно само по себе. Цельнометаллический шар, массой превосходящий Землю в 4.5 раза, не бросает вызов законам физики. Проблема лишь в том, что появиться такая планета в космосе не может никак. Нет пути.
Между тем, железные планеты не просто есть, но, видимо, не так уж редки. Помимо Kepler-10 b ещё несколько экзопланет находятся на подозрении: а не слишком ли велика их плотность для обычного строения? Хотя, строение железной планеты также не кажется столь уж необычным. Уравнения гидростатического и термодинамического равновесия позволяют видеть структуру даже самых дальних тел. И в данном случае чего-либо сверхъестественного не видно. Земля, например, имеет твёрдую силикатную кору, жидкую верхнюю мантию, потом ещё одну, тоже силикатную, но уже твёрдую нижнюю мантию, ещё глубже жидкое внешнее металлическое ядро, и твёрдое внутреннее. Железная планета даже несколько проще. Нижней мантии, составляющей основную массу землеподобных планет, у неё просто нет. Силикатные по преимуществу, хотя и куда более богатые металлами, кора и тонкая верхняя мантия у такого тела натянуты прямо на железное ядро. Внешняя, жидкая часть которого начинается уже в десятках километров под поверхностью.
То есть, «холодная» железная планета может выглядеть вполне заурядно, а теоретически даже иметь гидросферу и быть обитаемой. Необычный её состав даст о себе знать только вдвое большей, благодаря плотности тела, силой тяжести и ржавым, как на Марсе, оттенком песка. Допустить можно и более частое, чем на Земле, использование наночастиц железа для создания панцирей местными обитателями… Но холодных железных планет пока не найдено. На данный момент, все обнаруженные тела подходящей плотности относятся к категории адских планет, расположенных к своим солнцеподобным звёздам в десятки раз ближе Земли. Что предполагает наличие океана жидкого железа на их поверхности.
Испаряясь, металл в виде снега выпадает на теневой стороне (адская планета всегда вращается синхронно, в гравитационном захвате). Чтобы потом под массой новых отложений снова опуститься в мантию и расплавиться. Таким образом, «горячая» железная планета лишена силикатной оболочки вообще. Кремний, кислород, сера, углерод и далее по списку будут присутствовать в этой «порошковой металлургии» только как вредные примеси. Подсвеченные реками жидкого металла барханы железной пыли, жёлтые пятна серы на литых утёсах, завывающий ураган раскалённого сернистого газа, гонящий хлорные облака… Всё это не только возможно, но так и есть. Всего в 564 световых годах от Земли.
…Теперь о невозможном. Проблемы с механизмом возникновения железных миров, действительно, связаны труднопреодолимые. Ни один из вообразимых сценариев не работает. Вариант, что железное ядро планеты (но без самой планеты где-либо поблизости) может оказаться результатом катастрофы, —импакта, при котором силикатная оболочка была потеряна… Упирается в невозможность смоделировать импакт с таким эффектом. При столкновении, тела, скорее всего, сольются. Если бы не так, то и формирование планет не происходило бы. Если же встречный удар приведёт к испарению и рассеянию материала обоих тел, из остатков если что-то и слипнется, то, как раз, обеднённое железом, а не наоборот. Это всё точно. Проверено на Луне.
Не работает и аналогия с Меркурием. Тоже, кстати, причисляемом иногда к классу железных планет. Но, не потому что похож, а просто так. Из желания представить Солнечную систему в миндалевидных глазах алиенов как привлекательный объект для туризма. Меркурий формировался вблизи от Солнца, там где давление излучения сдувало уже не только водяной пар, но и кремниевую пыль, так что железа в его составе больше, чем в составе Земли. Однако, существенно повысить относительную долю железа, придвинув протопланетное кольцо ещё ближе к светилу, уже нельзя. Тогда солнечный ветер просто не позволит телу сформироваться.
Третий вариант предполагает нечто совсем уж странное: формирование планеты не из обычного, а из железного газопылевого облака. Так может быть, — чисто теоретически. Химические элементы появляются во вселенной благодаря взрывам сверхновых звёзд. Причём, разные элементы при взрывах звёзд разных типов. Например,звезда с массой 12 солнц после выгорания кремния взорвётся, рассеяв 9 солнечных масс преимущественно в форме ядер железа и никеля. Но этому железу ещё предстоит остыть. А в составе тёмных, способных к коллапсу туманностей, продукты взрывов разных звёзд уже смешиваются между собой и с галактическим водородом… Да и в любом случае, планета образуется из того же облака, что и звезда. А звёзды, возле которых найдены железные планеты, вполне заурядны.
Последним вариантом является постепенное испарение кремния с адской планеты, атмосфера которой пополняется кипящим океаном магмы, но сдувается солнечным ветром. Теоретически, железо-кремниевая планета потеряет сначала более лёгкую фракцию вещества. Превратившись в полностью железную. Но процесс этот слишком длительный. Так что, вариант испарения приемлем для, например, планеты CoRoT-7 b, возраст которой составляет 12 миллиардов лет (что немногим меньше возраста вселенной). Однако, он не подходит для Kepler-10 b, звезда которой не старше Солнца.
Другие статьи на данную тему
