Onko kiviplaneetta kirkkaampi vai kaasuplaneetta kirkkaampi? Aurinkokunnan kirkkain tähti, sekä näennäisen suuruuden että Bond-albedon suhteen, on tietysti Maan naapuri Venus. Planeetana Venus on meidän mielestämme paljon kirkkaampi kuin nämä tähdet, ja se on ehdottomasti "kirkkain tähti yötaivaalla". Vaikka aurinkokuntamme kirkkain planeetta on kivinen, samaa ei voida sanoa ulkoisesta aurinkokunnasta. Voitko kuvitella maailman, jonka ympärillä on metallihöyryn ja titaanisateen pilviä?
"Kirkas kuunvalo ennen nukkumaanmenoa, maassa epäillään pakkasta". Tiedämme, että vaikka kuuta kutsutaan kuunvaloksi, tätä valoa ei säteile itse kuu, vaan heijastunut auringonvalo. Sama koskee planeettoja. Vaikka kuu näyttää kirkkaalta, se johtuu suurelta osin siitä, että se on niin lähellä meitä, ei siksi, että se heijastaa valoa. Kuun albedo on itse asiassa hyvin alhainen, vain noin 10 prosenttia.
Aurinkokunnan kahdeksasta planeettasta vähiten heijastava Merkurius, josta, kuten kuusta, puuttuu ilmakehä, jonka albedo on alle 9 prosenttia. Muut planeetat eivät ole liian heijastavia, jos niillä on ilmakehää. Kuten Maan, sen albedo on suunnilleen sama kuin kaasumaisten planeettojen, noin 30%. Jupiter on hieman suurempi, 50 prosenttia. Mutta Venuksella on korkein albedo. Paksun ilmakehän ja ainutlaatuisten rikkihappopilvien ansiosta Venuksen albedo on 76 prosenttia! Voidaan siis sanoa, että Venus on kirkkain kohde taivaalla auringon ja kuun jälkeen.
Jotta planeetta olisi "kaunein", sen on ulkonäön (korkean albedon) lisäksi oltava riittävän lähellä tähteään. Esimerkiksi Venus ei ainoastaan puhaltaa pois kaikki kilpailijansa albedossa, vaan se on myös erittäin kuumassa suhteessa aurinkoon, vain 0,72 tähtitieteellisen yksikön päässä Auringosta (3/4 etäisyydestä Maasta). ), toiseksi vain Mercury. Joten aurinkokuntamme ulkopuolella olevan kirkkain planeetta, sen on myös oltava hyvin lähellä isäntätähteään.
Vuonna 2019 tähtitieteilijät löysivät harvinaisen planeetan nimeltä LTT 9779 b (TOI-193 b) tähden vierestä 264 valovuoden päässä. Transit-menetelmän mukaan planeetta on erittäin kirkas, ja sen albedo on 80 prosenttia korkeampi kuin Venus. Ja todellakin, se on hyvin lähellä isäntätähteään, vain 1/42 etäisyydestä Venuksesta aurinkoon (0,017 tähtitieteellistä yksikköä). Niin lähellä valonlähdettä ja niin heijastava, että voit kuvitella kuinka kirkas sen täytyy olla.
Planeetta on kaasumainen planeetta, jolla on 29 Maan massaa ja 4,6 Maan sädettä. Kokonsa ja tiheytensä vuoksi se luokitellaan Neptunuksen esineeksi. Tämä esine ei ole harvinainen siksi, että sillä on korkea albedo tai koska se on Neptaanin kaltainen esine (kolmasosa kaikista vahvistetuista eksoplaneetoista on Neptaanin kaltaisia esineitä). Se on harvinaista, koska se on liian lähellä isäntätähteään, jotta Neptunus-objekti voisi olla täällä ollenkaan!
Normaalisti planeetat, jotka lentävät lähellä tähtiään, ovat joko valtavia kaasujättiläisiä (kuten "kuuma Jupiteri") tai noin Maan kokoisia kiviplaneettoja. Koska jos et ole lihakilpi kuten entinen, tähdet syövät ja riisuvat sinut hyvin lyhyessä ajassa (esimerkiksi 100 miljoonassa vuodessa), jolloin sinulle jää pieni kiinteä ydin.
Tämä pätee erityisesti nuoriin tähtiin. Esimerkiksi planeetan isäntätähti (LTT 9779), joka on noin 80 prosenttia aurinkomme koosta, on myös G-sarjan tähti. Mutta verrattuna auringon komeaan 4,6 miljardia vuotta vanhaan "keski-ikäiseen setä" tähti on edelleen "nuori kaveri" alle 2 miljardia vuotta vanha. Kun kohtaa nuoren tähden, jolla on erittäin voimakas säteily, minkä tahansa Neptunuksen kokoisen planeetan olisi lähes mahdotonta lukittua ulkoilmakehään oman painovoimansa vaikutuksesta. Sen vety ja helium olisi pitänyt poistaa, jättäen sille paljaan kivisen ytimen.
Katso suoraan planeetan säteen ja kiertoradan kuvaajaa, sen ordinaatta on planeetan säde (yksikkö: Maan säde) ja sen abskissa on kiertoratajakso (yksikkö: päivä). Voidaan nähdä, että hyvin lähellä tähteä (kiertoratajakso on hyvin lyhyt) on pohjimmiltaan planeettoja, jotka ovat yksi tai kaksi kertaa maan sädettä suuremmat; Hieman suuremmilla etäisyyksillä suuret kaasujättiläiset voivat olla vakaita; Ja Neptunuksen kaltaiset esineet keskellä, ne ovat enimmäkseen kauempana. Neptunuksen kaltaisia esineitä löytyy harvoin kolmiosta, joten tämä alue tunnetaan myös nimellä "Neptunuksen autiomaa".
Mutta kyseinen planeetta (kuvassa oleva pentagrammi) on yksi harvoista esimerkeistä "Neptunuksen autiomaasta". Koska se on niin lähellä tähteään, sillä on hyvin pieni kiertorata, joka kiertää tähden 0,8 päivässä, mikä tarkoittaa, että "vuosi" sen yläpuolella kestää vain 19 tuntia.
Näin lähellä tähteä, planeetan pintalämpötila ei saa olla viileä. Kyllä, sen tasapainolämpötila on lähes 2000K, mikä on lähellä punaisen kääpiön pintalämpötilaa, joten sitä kutsutaan myös Ultra-hot Neptunukseksi. Joten kysymys kuuluu: kuinka pieni, kaasumainen planeetta, jota hallitsevat vety ja helium, voi pitää kiinni ilmakehästään näin äärimmäisissä lämpötiloissa?
Jotkut tutkijat ovat spekuloineet, että planeetta saattoi olla Jupjupin kokoinen jättiläinen ennen kuin tähti riisui sen materiaalistaan, jolloin siitä jäi Neptunuksen kokoinen kappale. Mutta jättimäisen planeetan on vaikea menettää niin paljon massaa lyhyessä ajassa pelkästään tähtituulten ja kuuman paistamisen (kevyen haihtumisen) vuoksi. Joten planeetalla saattaa olla myös muita tapoja päästää materiaalia ulos, kuten Roche Lobe Overflow (RLO).
Rochen keilan ylivuoto viittaa tässä pääasiassa ilmiöön, että kun kaasujättiplaneetta tulee liian lähelle tähteä (kuten saavuttaa tähden Rochen rajan), planeetan ulkokaasun vaikutuksesta tähden vuorovesivoiman vaikutuksesta. laajenee itse planeetan Rochen keilan ulkopuolelle, mikä johtaa suureen planeettamateriaalin menetykseen.
Planeetta saattaa nyt olla siirtymässä jättiläisplaneetasta kiviseen tähtien säteilyn haihtumisen ja vuorovesivoimien aiheuttaman Lochen keilan leviämisen yhdistelmän ansiosta. Se, miksi prosessi on niin hidas, on ollut hämmentävää.
Monthly Royal Astronomical Transactions -lehdessä lokakuussa 2023 julkaistussa artikkelissa tutkijat tarkastelivat planeetan isäntätähden röntgensäteitä käyttämällä XMM-Newton-avaruusteleskooppia. He havaitsivat, että tähti oli itse asiassa paljon pehmeämpi kuin odotimme. Sen lisäksi, että se pyörii epätavallisen hitaasti, sen lähettämät röntgensäteet eivät ole läheskään niin voimakkaita kuin odotettiin, vain 15 kertaa voimakkaampia kuin sen ikäisensä. No, luulin hänen olevan henkipoika, mutta en odottanut olevani heikko tutkija. Heikko tähtien säteily voi olla yksi syy, miksi planeetta pystyy ylläpitämään ilmakehän.
Nyt kysymys kuuluu: mikä selittää sen 80 prosentin superkorkean albedon kuumana Neptunuksena? Aurinkokuntamme kaasuplaneetoilla on parhaimmillaan 50 prosenttia Jupiterin albedosta. Näin korkealla heijastavuudella tällä planeetalla täytyy olla jotain erityistä, ja sen ilmapiiri saattaa kätkeä joitain salaisuuksia.
Onneksi planeetta ei ole liian kaukana (vain 264 valovuotta), ja infrapunaominaisuuksilla varustettujen avaruusteleskooppien avulla voimme nähdä, mitä sen ilmakehässä on lähetysspektrin kautta.
Tähtitieteilijät käyttivät Spitzer-, Hubble- ja Webb-teleskooppeja tarkkailemaan planeetan ilmakehää. Tosiaankin, vedyn ja heliumin odotetun koostumuksen lisäksi ilmakehässä on epätavallisen paljon metalleja, satoja kertoja runsaammin kuin aurinko! Huolellinen spektrin analyysi paljasti, että ilmakehän pilvet koostuivat itse asiassa silikaateista.
(* Tähtitiedessä muita alkuaineita kuin vetyä ja heliumia kutsutaan yhteisesti metallielementeiksi)
Silikaatit ovat pohjimmiltaan asioita, kuten kivi, hiekka ja lasi, ja kiviplaneetat, kuten Maa, on pohjimmiltaan valmistettu silikaateista. Koostumuksesta riippuen silikaattien kiehumispiste on yleensä yli kaksituhatta astetta (tai lasilla jopa yli tuhat astetta). Koska planeetan tasapainolämpötila on lähes 2,000 astetta, se voisi todellakin höyrystyä, jos sillä olisi hiekkaa. Mutta siinä ei vielä kaikki. Näiden silikaattien lisäksi tutkijat ovat havainneet, että pilvet sisältävät myös metallititaania. Toisin sanoen planeetan pinta on peitetty kerroksella "titaanihiekkapilvi", ei ihme, että heijastuskyky on niin vahva, yhdessä koko planeetan kanssa on iso peili.
Kuvittele ympäristö: taivaalla roikkuu valtava tulipallo, jota ympäröivät metallihöyrypilvet. Kun lämpötila on viileämpi, nämä raskasmetallipilvet tiivistyvät "sadepisaroiksi" ja putoavat. Nestemäinen metalli haihdutetaan sitten uudelleen korkeissa lämpötiloissa ja niin edelleen.
Ok, yhteenvetona: miksi tämä planeetta voisi olla Neptunuksen autiomaassa?
1. Vaikka se on lähellä tähteään, sen isäntätähti on hyvin heikko röntgensäteissä ja sen tähtituuli ei ole voimakas;
2. Planeetan ilmakehän metallipitoisuus on erittäin korkea, mikä tekee sen koko ilmakehästä erittäin raskaan ja vaikeasti puhaltavan pois;
3. Metallipilven aiheuttama korkea albedo estää suurimman osan tähden säteilystä, mikä myös estää planeettaa ylikuumenemasta.
Nämä syyt vaikuttavat toistaiseksi uskottavilta, mutta tämän superkuuman Neptunuksen mysteeri on ratkaistu vasta alustavasti. JWST voi tarkkailla sitä tarkemmin tulevaisuudessa siinä toivossa, että lisää todisteita auttaa ratkaisemaan mysteerin.
