Da li je kamenita planeta svjetlija ili plinovita planeta svjetlija? Najsjajnija zvijezda u Sunčevom sistemu, u smislu prividne magnitude i Bondovog albeda, je naravno Zemljina susjeda Venera. Kao planeta, Venera je daleko svjetlija od tih zvijezda u našem pogledu i definitivno je "najsjajnija zvijezda na noćnom nebu". Dok je najsjajnija planeta u našem solarnom sistemu kamenita, isto se ne može reći za spoljašnji solarni sistem. Možete li zamisliti svijet sa oblacima metalne pare i titanijumske kiše oko sebe?
"Sjajna mjesečina prije spavanja, sumnja na mraz na tlu". Znamo da iako se mjesec zove mjesečina, ovu svjetlost ne emituje sam mjesec, već reflektira sunčevu svjetlost. Isto važi i za planete. Iako mjesec izgleda sjajno, to je uglavnom zato što je tako blizu nas, a ne zato što reflektira svjetlost. Mjesečev albedo je zapravo vrlo nizak, samo oko 10 posto.
Najmanje reflektirajući od osam planeta Sunčevog sistema je Merkur, kojem, kao i mjesecu, nedostaje atmosfera, sa albedom manjim od 9 posto. Druge planete nisu previše reflektirajuće ako uopće imaju atmosferu. Kao i Zemlja, njen albedo je otprilike isti kao i kod gasovitih planeta, oko 30%. Jupiter je malo veći, 50 posto. Ali Venera ima najveći albedo. Zahvaljujući svojoj gustoj atmosferi i jedinstvenim oblacima sumporne kiseline, Venera ima albedo od 76 posto! Tako se može reći da je Venera najsjajniji objekat na nebu posle sunca i meseca.
Da bi planeta bila "najljepša", pored svog izgleda (visok albedo), mora biti i dovoljno blizu svojoj zvijezdi. Venera, na primjer, ne samo da oduva sve svoje konkurente u albedu, već je i u veoma vrućoj vezi sa Suncem, samo 0.72 astronomske jedinice udaljene od Sunca (3/4 udaljenosti od Zemlje ), drugi nakon Merkura. Dakle, najsjajnija planeta van našeg Sunčevog sistema, takođe mora biti veoma blizu svoje zvezde domaćina.
U 2019, astronomi su otkrili rijetku planetu pod nazivom LTT 9779 b (TOI-193 b) pored zvijezde udaljene 264 svjetlosne godine. Prema tranzitnoj metodi, planeta je veoma svijetla, sa albedom od 80 posto, višim od Venere. I sasvim sigurno, vrlo je blizu svoje zvijezde domaćina, samo 1/42 udaljenosti od Venere do Sunca (0,017 astronomskih jedinica). Tako blizu izvora svjetlosti i tako reflektirajući, možete zamisliti koliko mora biti svijetlo.
Planeta je gasovita planeta sa 29 Zemljinih masa i 4,6 Zemljinih radijusa. S obzirom na njegovu veličinu i gustinu, klasifikovan je kao objekt Neptuna. Ovaj objekt je rijedak ne zato što ima visok albedo ili zato što je objekt sličan Neptanu (trećina svih potvrđenih egzoplaneta su objekti slični Neptanu). Rijetko je jer je previše blizu zvijezde domaćina da bi Neptunov objekat uopće bio ovdje!
Obično su planete koje lete blizu svojih zvijezda ili ogromni plinoviti divovi (kao što su "vrući Jupiteri") ili stenovite planete veličine Zemlje. Jer ako niste štit od mesa poput prethodnog, zvijezde će vas pojesti i skinuti za vrlo kratko vrijeme (recimo, 100 miliona godina), ostavljajući vam malo čvrsto jezgro.
To je posebno tačno kada su u pitanju mlade zvijezde. Na primjer, zvijezda domaćin planete (LTT 9779), koja je oko 80 posto veličine našeg Sunca, također je zvijezda G niza. Ali u poređenju sa veličanstvenim 4,6 milijardi godina starog Sunca "sredovječnim ujakom", zvijezda je još uvijek "mladi momak" star manje od 2 milijarde godina. Kada se suoči s mladom zvijezdom s vrlo jakim zračenjem, bilo bi gotovo nemoguće za bilo koju planetu veličine Neptuna da se svojom gravitacijom zaključa u svojoj vanjskoj atmosferi. Njegov vodonik i helijum trebalo je ukloniti, ostavljajući ga s golim kamenim jezgrom.
Pogledajte direktno graf planetarnog radijusa i orbitalnog perioda, njegova ordinata je planetarni poluprečnik (jedinica: Zemljin radijus), a apscisa je orbitalni period (jedinica: dan). Može se vidjeti da vrlo blizu zvijezde (orbitalni period je vrlo kratak), u osnovi postoje planete jedan ili dva puta veće od radijusa Zemlje; Na nešto većim udaljenostima, veliki plinski divovi mogu biti stabilni; A objekti nalik Neptunu u sredini, uglavnom su dalje. Objekti nalik Neptunu rijetko se nalaze u trouglu, pa je ovo područje poznato i kao "Neptunova pustinja".
Ali dotična planeta (pentagram na slici) jedan je od rijetkih primjera "neptunske pustinje". Pošto je tako blizu svojoj zvijezdi, ima vrlo malu orbitu, obilazeći zvijezdu za 0.8 dana, što znači da "godina" iznad nje traje samo 19 sati.
Ovako blizu zvijezde, površinska temperatura planete ne smije biti niska. Da, njegova ravnotežna temperatura je skoro 2000K, što je blizu površinskoj temperaturi crvenog patuljka, pa se naziva i ultra-vrući Neptun. Dakle, pitanje je: kako mala, plinovita planeta, kojom dominiraju vodonik i helijum, može zadržati svoju atmosferu na tako ekstremnim temperaturama?
Neki naučnici spekulišu da je planeta možda bila džin veličine Jupjupa pre nego što joj je njena zvezda oduzela materijal, ostavljajući joj telo veličine Neptuna. Ali teško je za džinovsku planetu da izgubi toliku masu u kratkom vremenskom periodu samo uz zvjezdane vjetrove i vruće pečenje (lagano isparavanje). Dakle, planeta takođe može iskusiti druge načine odliva materijala, kao što je Roche Lobe Overflow (RLO).
Prelijevanje Rocheovog režnja ovdje se uglavnom odnosi na fenomen da kada se planeta plinovitog giganta previše približi zvijezdi (kao što je ulazak u Rocheovu granicu zvijezde), pod djelovanjem plimne sile zvijezde, vanjski plin planete širi se izvan Rocheovog režnja same planete, što rezultira velikim gubitkom planetarnog materijala.
Planeta je sada možda u procesu tranzicije sa džinovske planete na kamenitu, zahvaljujući kombinaciji isparavanja zvjezdane radijacije i prelijevanja Loche loba uslijed plimskih sila. Zagonetno je zašto je proces tako spor.
U radu objavljenom u oktobru 2023. u časopisu Monthly Royal Astronomical Transactions, istraživači su gledali X-zrake sa zvijezde domaćina planete koristeći XMM-Newton svemirski teleskop. Otkrili su da je zvijezda zapravo mnogo mekša nego što smo očekivali. Ne samo da ima neuobičajeno sporu rotaciju, već i rendgenski zraci koje emituju nisu ni približno tako jaki kako se očekivalo, samo 15 puta jači od svojih vršnjaka. Pa, mislio sam da je dečko duhova, ali nisam očekivao da ću biti slab učenjak. Slabo zvjezdano zračenje može biti jedan od razloga zašto planeta može održati atmosferu.
Sada se postavlja pitanje: kao vrući Neptun, šta objašnjava njegov 80 posto supervisok albedo? Gasne planete u našem solarnom sistemu imaju, u najboljem slučaju, 50 posto albeda Jupitera. Sa tako velikom refleksivnošću, mora da postoji nešto posebno na ovoj planeti, a njena atmosfera možda krije neke tajne.
Srećom, planeta nije previše udaljena (samo 264 svjetlosne godine), a uz pomoć svemirskih teleskopa s infracrvenim mogućnostima možemo vidjeti šta se nalazi u njenoj atmosferi kroz spektar prijenosa.
Astronomi su koristili teleskope Spitzer, Hubble i Webb da bi posmatrali atmosferu planete. Naravno, pored očekivanog sastava vodonika i helijuma, atmosfera je neobično bogata metalima, stotinama puta više od sunca! Pažljiva analiza spektra otkrila je da su oblaci u atmosferi zapravo napravljeni od silikata.
(* U astronomiji se elementi osim vodonika i helijuma zajednički nazivaju metalnim elementima)
Silikati su u osnovi stvari poput kamena, pijeska i stakla, a kamenite planete poput Zemlje su u osnovi napravljene od silikata. U zavisnosti od sastava, tačka ključanja silikata je uglavnom više od dve hiljade stepeni (ili čak više od hiljadu stepeni za staklo). S obzirom na ravnotežnu temperaturu planete od skoro 2,000 stepena, zaista bi mogla ispariti ako bi na njoj bilo pijeska. Ali to nije sve. Pored ovih silikata, naučnici su otkrili da oblaci sadrže i metal titanijum. Drugim riječima, površina planete je prekrivena slojem "oblaka titanijumskog pijeska", nije ni čudo što je sposobnost refleksije toliko jaka, da je zajedno sa cijelom planetom veliko ogledalo.
Zamislite okolinu: ogromnu vatrenu loptu koja visi na nebu, okružena oblacima metalne pare. Kada je temperatura niža, ovi oblaci teških metala se kondenzuju u "kapi kiše" i padaju. Tečni metal se zatim ponovo isparava na visokim temperaturama i tako dalje.
Ok, da rezimiramo: zašto bi ova planeta mogla biti u Neptunskoj pustinji?
1. Iako je blizu svoje zvijezde, njena zvijezda domaćin je vrlo slaba na X-zrake i njen zvjezdani vjetar nije jak;
2. Sadržaj metala u atmosferi planete je veoma visok, što čini čitavu njenu atmosferu veoma teškom i teškom za otpuhivanje;
3. Visok albedo uzrokovan metalnim oblakom blokira većinu zračenja zvijezde, što također sprječava da se planeta prepeče.
Ovi razlozi se za sada čine uvjerljivim, ali misterija ovog supervrućeg Neptuna samo je probno riješena. JWST bi to mogao detaljnije promatrati u budućnosti, u nadi da će više dokaza pomoći u rješavanju misterije.
