Астрофизики из Университета Цюриха изучили процесс образования каменистых планет, чьи орбиты располагаются на разном расстоянии от звезд. Они пришли к выводу, что в зависимости от расстояния — а значит, от температуры, при которой происходит конденсация газопылевого облака, — структура таких планет может быть различна. Один из вариантов предполагает низкую плотность, отсутствие железного ядра и преобладание кальция и алюминия с небольшой долей магния, кремния и других элементов. При таких условиях оксид алюминия будет формировать кристаллы (корунд). При наличии примесей хрома, титана или железа эти кристаллы будут представлять из себя драгоценные камни — рубины или сапфиры различных оттенков.
Когда в начале этого столетия астрономы начали накапливать данные об экзопланетах — планетах, обращающихся вокруг других звезд, — среди этих объектов удалось выделить довольно распространенный класс, получивший название «суперземель». Суперземли представляют собой каменистые небесные тела массой от 1 до 10 масс Земли. Состав планет зависит от того, при какой температуре, то есть на каком расстоянии от звезды, происходит их формирование. В той области, где располагаются Венера, Земля и Марс, преобладающими элементами планеты оказываются железо, кремний и магний. Так образуются планеты наподобие нашей, имеющие железное ядро и сильное магнитное поле.
Однако существуют и другие возможности. Астрофизики из Цюриха обратили внимание на планетную систему HD219134, находящуюся в 21 световом годе от нас в созвездии Кассиопеи. Вторая планета этой системы имеет массу примерно в 5 раз больше, чем Земля, однако вращается настолько близко от своей звезды, что совершает полный оборот всего за трое суток. Вероятно, плотность этой планеты на 10%-20% ниже, чем плотность Земли. Совокупность наблюдательных данных и теоретического моделирования указывают, что при таких условиях в составе планеты может почти не быть железа, а значит, у нее нет ни привычного нам ядра, ни магнитного поля. С другой стороны, недра такой планеты содержать много кальция и алюминия, в том числе в виде кристаллического оксида алюминия.
Al2O3 — химическое вещество, способное принимать много различных конформаций. На Земле он составляет один из главных компонентов глинозема. Однако в условиях высокого давления и температуры оксид алюминия способен принимать кристаллическую форму. Чистый оксид алюминия — корунд, бесцветный или сероватый кристалл, однако небольшие примеси придают ему цвет. Корунд с примесью хрома называется рубином: этот драгоценный камень по стоимости может превышать алмазы. Другие примеси превращают корунд в сапфиры различных оттенков.
Чтобы доказать истинность этой гипотезы, необходимо убедиться, что в далеких звездных системах существуют планеты пониженной плотности. Такие планеты действительно были обнаружены. Альтернативным объяснением низкой средней плотности может быть массивная атмосфера или водяные океаны, однако авторы работы приводят несколько аргументов в пользу того, что в случае HD219134 b речь идет именно о низкой плотности каменистого ядра планеты. А значит, вариант рубиново-сапфировых скал, сверкающих в лучах нестерпимо-яркого солнца, может оказаться реальностью.
Рубиново-сапфировые планеты — уже вторая попытка астрофизиков поразить воображение публики драгоценными камнями в небе. Первая была связана со звездой 55 созвездия Рака, пятая планета которой (55 Cancri е), как предполагалось, может быть очень богата углеродом и частично состоять из алмаза. Идея бриллиантовой планеты, к несчастью, довольно быстро была развенчана на основании результатов наблюдений. На смену ей сейчас приходят сапфирово-рубиновые небесные тела, которые тоже могут оказаться фикцией. Тем не менее, подобные научные работы (и последующие научно-популярные публикации) вносят важный вклад в астрономическую науку, поскольку способствуют привлечению внимания публики — а значит, потенциального финансирования, — к исследованиям экзопланет.