Czy planeta skalista jest jaśniejsza, czy planeta gazowa? Najjaśniejszą gwiazdą w Układzie Słonecznym, zarówno pod względem pozornej wielkości, jak i albedo Bonda, jest oczywiście sąsiadka Ziemi Wenus. Jako planeta Wenus jest naszym zdaniem znacznie jaśniejsza niż te gwiazdy i zdecydowanie jest „najjaśniejszą gwiazdą na nocnym niebie”. Chociaż najjaśniejsza planeta w naszym Układzie Słonecznym jest skalista, tego samego nie można powiedzieć o zewnętrznym Układzie Słonecznym. Czy potrafisz sobie wyobrazić świat otoczony chmurami oparów metalu i deszczem tytanu?
„Jasne światło księżyca przed snem, podejrzenie szronu na ziemi”. Wiemy, że chociaż księżyc nazywany jest światłem księżyca, to światło to nie jest emitowane przez sam księżyc, ale odbite światło słoneczne. To samo tyczy się planet. Chociaż Księżyc wygląda jasno, dzieje się tak głównie dlatego, że jest tak blisko nas, a nie dlatego, że odbija światło. Albedo Księżyca jest w rzeczywistości bardzo niskie i wynosi tylko około 10 procent.
Spośród ośmiu planet Układu Słonecznego najmniej odbijającą światło jest Merkury, któremu podobnie jak Księżycowi brakuje atmosfery, a albedo wynosi niecałe 9 procent. Inne planety nie są zbyt odblaskowe, jeśli w ogóle mają atmosferę. Podobnie jak Ziemia, jej albedo jest mniej więcej takie samo jak albedo planet gazowych i wynosi około 30%. Jowisz jest trochę większy, o 50 procent. Ale Wenus ma najwyższe albedo. Dzięki gęstej atmosferze i wyjątkowym chmurom kwasu siarkowego albedo Wenus wynosi 76 procent! Można więc powiedzieć, że Wenus jest po Słońcu i Księżycu najjaśniejszym obiektem na niebie.
Aby planeta była „najładniejsza”, oprócz wyglądu (wysokie albedo) musi także znajdować się wystarczająco blisko swojej gwiazdy. Na przykład Wenus nie tylko pokonuje wszystkich swoich konkurentów pod względem albedo, ale także ma bardzo gorącą relację ze Słońcem, zaledwie 0,72 jednostek astronomicznych od Słońca (3/4 odległości od Ziemi ), ustępując jedynie Merkuremu. Zatem najjaśniejsza planeta poza naszym Układem Słonecznym musi również znajdować się bardzo blisko swojej gwiazdy macierzystej.
W 2019 roku astronomowie odkryli rzadką planetę o nazwie LTT 9779 b (TOI-193 b) obok gwiazdy oddalonej o 264 lata świetlne. Według metody tranzytowej planeta jest bardzo jasna, a jej albedo jest o 80 procent wyższe niż Wenus. I rzeczywiście, znajduje się bardzo blisko swojej gwiazdy macierzystej, zaledwie 1/42 odległości Wenus od Słońca (0,017 jednostki astronomicznej). Tak blisko źródła światła i tak odblaskowo, że możesz sobie wyobrazić, jak jasne musi być.
Planeta jest planetą gazową o masie 29 mas Ziemi i promieniu Ziemi 4,6. Biorąc pod uwagę jego rozmiar i gęstość, jest klasyfikowany jako obiekt Neptuna. Obiekt ten jest rzadki nie dlatego, że ma wysokie albedo, czy też dlatego, że jest obiektem podobnym do Neptanu (jedna trzecia wszystkich potwierdzonych egzoplanet to obiekty podobne do Neptanu). Jest to rzadkie zjawisko, ponieważ znajduje się zbyt blisko swojej gwiazdy macierzystej, aby w ogóle mógł tu znajdować się obiekt Neptuna!
Zwykle planety lecące blisko swoich gwiazd to albo ogromne gazowe olbrzymy (takie jak „gorące Jowisze”), albo planety skaliste mniej więcej wielkości Ziemi. Ponieważ jeśli nie jesteś tarczą cielesną jak poprzednia, gwiazdy zjedzą cię i rozbiorą w bardzo krótkim czasie (powiedzmy 100 milionów lat), pozostawiając mały, solidny rdzeń.
Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku młodych gwiazd. Na przykład gwiazda macierzysta planety (LTT 9779), która ma około 80 procent wielkości naszego Słońca, również jest gwiazdą ciągu G. Jednak w porównaniu do majestatycznego „wujka w średnim wieku” liczącego 4,6 miliarda lat, gwiazda jest wciąż „młodym facetem”, mającym niecałe 2 miliardy lat. W obliczu młodej gwiazdy emitującej bardzo silne promieniowanie prawie niemożliwe byłoby, aby jakakolwiek planeta wielkości Neptuna uwięziła się w swojej zewnętrznej atmosferze pod wpływem własnej grawitacji. Należy usunąć znajdujący się w niej wodór i hel, pozostawiając go z nagim skalistym jądrem.
Spójrz bezpośrednio na wykres promienia planety i okresu obiegu, jego rzędna to promień planety (jednostka: promień Ziemi), a odcięta to okres obiegu (jednostka: dzień). Można zauważyć, że bardzo blisko gwiazdy (okres obiegu jest bardzo krótki) znajdują się w zasadzie planety o promieniu jednego lub dwóch promieni Ziemi; Na nieco większych odległościach duże gazowe olbrzymy mogą zachowywać się stabilnie; A obiekty podobne do Neptuna pośrodku są przeważnie dalej. W trójkącie rzadko można znaleźć obiekty podobne do Neptuna, dlatego region ten nazywany jest również „pustynią Neptuna”.
Ale planeta, o której mowa (pentagram na zdjęciu) jest jednym z niewielu przykładów „pustyni Neptuna”. Ponieważ znajduje się tak blisko swojej gwiazdy, ma bardzo małą orbitę i okrąża ją w ciągu 0.8 dni, co oznacza, że „rok” nad nią trwa tylko 19 godzin.
Tak blisko gwiazdy temperatura powierzchni planety nie może być niska. Tak, jego temperatura równowagi wynosi prawie 2000 K, czyli jest bliska temperaturze powierzchni czerwonego karła, dlatego nazywa się go także Ultragorącym Neptunem. Pytanie zatem brzmi: w jaki sposób mała planeta gazowa, zdominowana przez wodór i hel, może utrzymać swoją atmosferę w tak ekstremalnych temperaturach?
Niektórzy naukowcy spekulują, że planeta mogła być olbrzymem wielkości Jupjup, zanim została pozbawiona materii przez gwiazdę, pozostawiając ją z ciałem wielkości Neptuna. Jednak gigantycznej planecie trudno jest stracić tak dużą masę w krótkim czasie wyłącznie z powodu wiatrów gwiazdowych i gorącego pieczenia (parowania światła). Zatem planeta może również doświadczać innych sposobów wypływania materii, takich jak przepełnienie płata Roche'a (RLO).
Przepełnienie płatka Roche'a odnosi się tutaj głównie do zjawiska polegającego na tym, że kiedy gazowy olbrzym zbliży się zbyt blisko gwiazdy (np. wkraczając w granicę Roche'a gwiazdy), pod działaniem siły pływowej gwiazdy, zewnętrzny gaz planety rozszerza się poza płat Roche'a samej planety, powodując duże straty materiału planetarnego.
Planeta może obecnie znajdować się w procesie przemiany z planety olbrzymiej w planetę skalistą, dzięki połączeniu parowania pod wpływem promieniowania gwiazdowego i rozprzestrzeniania się płata Loche pod wpływem sił pływowych. Zastanawiające jest, dlaczego proces ten jest tak powolny.
W artykule opublikowanym w październiku 2023 r. w czasopiśmie Monthly Royal Astronomical Transactions badacze przyjrzeli się promieniom rentgenowskim emitowanym przez gwiazdę macierzystą planety za pomocą kosmicznego teleskopu XMM-Newton. Odkryli, że gwiazda była w rzeczywistości znacznie bardziej miękka, niż się spodziewaliśmy. Nie tylko charakteryzuje się niezwykle powolną rotacją, ale emitowane przez nią promieniowanie rentgenowskie nie jest tak silne, jak oczekiwano, a jedynie 15 razy silniejsze niż jej odpowiedniki. Cóż, myślałem, że to duchowy chłopiec, ale nie spodziewałem się, że będzie słabym uczonym. Słabe promieniowanie gwiazdowe może być jednym z powodów, dla których planeta jest w stanie utrzymać atmosferę.
Teraz pytanie brzmi: co wyjaśnia jego superwysokie albedo, będącego gorącym Neptunem, wynoszącym 80%? Planety gazowe w naszym Układzie Słonecznym mają co najwyżej 50 procent albedo Jowisza. Przy tak wysokim współczynniku odbicia musi być coś wyjątkowego w tej planecie, a jej atmosfera może kryć pewne tajemnice.
Na szczęście planeta nie jest zbyt daleko (tylko 264 lata świetlne) i za pomocą teleskopów kosmicznych obsługujących podczerwień możemy zobaczyć, co znajduje się w jej atmosferze poprzez widmo transmisyjne.
Astronomowie wykorzystali teleskopy Spitzera, Hubble'a i Webba do obserwacji atmosfery planety. Rzeczywiście, oprócz oczekiwanego składu wodoru i helu, atmosfera jest niezwykle bogata w metale, setki razy bardziej obfite niż Słońce! Dokładna analiza widma ujawniła, że chmury w atmosferze w rzeczywistości zbudowane są z krzemianów.
(* W astronomii pierwiastki inne niż wodór i hel są łącznie określane jako pierwiastki metaliczne)
Krzemiany to w zasadzie rzeczy takie jak kamień, piasek i szkło, a skaliste planety, takie jak Ziemia, są w zasadzie zbudowane z krzemianów. W zależności od składu temperatura wrzenia krzemianów wynosi na ogół ponad dwa tysiące stopni (lub nawet ponad tysiąc stopni w przypadku szkła). Biorąc pod uwagę temperaturę równowagi planety wynoszącą prawie 2,000 stopni, rzeczywiście mogłaby ona wyparować, gdyby była na niej odrobina piasku. Ale to nie wszystko. Oprócz tych krzemianów naukowcy odkryli, że chmury zawierają także metaliczny tytan. Innymi słowy, powierzchnia planety pokryta jest warstwą „chmury piasku tytanowego”, nic dziwnego, że zdolność odbicia jest tak duża, razem z całą planetą jest to wielkie lustro.
Wyobraź sobie otoczenie: ogromną kulę ognia wiszącą na niebie, otoczoną chmurami oparów metalu. Kiedy temperatura jest niższa, chmury metali ciężkich kondensują się w „krople deszczu” i opadają. Następnie ciekły metal ponownie odparowuje się w wysokich temperaturach i tak dalej.
Ok, więc podsumowując: dlaczego ta planeta mogła znajdować się na pustyni Neptuna?
1. Chociaż znajduje się blisko swojej gwiazdy, jej gwiazda macierzysta jest bardzo słaba w promieniowaniu rentgenowskim, a jej wiatr gwiazdowy nie jest silny;
2. Zawartość metali w atmosferze planety jest bardzo wysoka, co sprawia, że cała atmosfera jest bardzo ciężka i trudna do zdmuchnięcia;
3. Wysokie albedo powodowane przez metalową chmurę blokuje większość promieniowania gwiazdy, co również zapobiega przegrzaniu planety.
Powody te wydają się jak dotąd prawdopodobne, ale zagadka tego supergorącego Neptuna została rozwiązana jedynie wstępnie. Być może w przyszłości JWST zaobserwuje to bardziej szczegółowo, mając nadzieję, że więcej dowodów pomoże w rozwiązaniu zagadki.
