Kas kivine planeet on heledam või gaasiplaneet? Päikesesüsteemi eredaim täht nii näiva suuruse kui ka Bondi albeedo poolest on loomulikult Maa naaber Veenus. Planeedina on Veenus meie arvates palju heledam kui need tähed ja on kindlasti "kõige heledam täht öötaevas". Kuigi meie päikesesüsteemi heledaim planeet on kivine, ei saa seda öelda välise päikesesüsteemi kohta. Kas kujutate ette maailma, mille ümber on metalliauru pilved ja titaanvihmad?
"Ere kuuvalgus enne magamaminekut, maas kahtlustatakse härmatist". Teame, et kuigi kuud nimetatakse kuuvalguseks, ei kiirga seda valgust kuu ise, vaid peegeldub päikesevalgus. Sama kehtib ka planeetide kohta. Kuigi kuu näeb välja hele, on see suuresti seetõttu, et see on meile nii lähedal, mitte sellepärast, et see peegeldab valgust. Kuu albeedo on tegelikult väga madal, ainult umbes 10 protsenti.
Kõige vähem peegeldab Päikesesüsteemi kaheksast planeedist Merkuur, millel sarnaselt Kuule puudub atmosfäär, mille albedo on alla 9 protsendi. Teised planeedid ei peegelda liiga palju, kui neil on atmosfäär. Sarnaselt Maale on selle albeedo umbes sama suur kui gaasilistel planeetidel, umbes 30%. Jupiter on veidi suurem, 50 protsenti. Kuid Veenusel on kõrgeim albeedo. Tänu paksule atmosfäärile ja ainulaadsetele väävelhappepilvedele on Veenuse albeedo 76 protsenti! Seega võib öelda, et Veenus on päikese ja kuu järel kõige heledam objekt taevas.
Selleks, et planeet oleks "kõige ilusam", peab see lisaks välimusele (kõrge albeedo) olema ka oma tähele piisavalt lähedal. Näiteks Veenus ei puhu mitte ainult ära kõik oma konkurendid albeedos, vaid on ka väga kuumas suhtes päikesega, vaid 0,72 astronoomilise ühiku kaugusel Päikesest (3/4 kaugusest Maast). ), Mercury järel teisel kohal. Nii et kõige heledam planeet väljaspool meie päikesesüsteemi, peab see olema ka oma peremeestähele väga lähedal.
Aastal 2019 avastasid astronoomid 264 valgusaasta kaugusel oleva tähe kõrval haruldase planeedi nimega LTT 9779 b (TOI-193 b). Transiidimeetodi järgi on planeet väga hele, albeedo on 80 protsenti kõrgem kui Veenus. Ja kindlasti on see oma peremeestähele väga lähedal, vaid 1/42 kaugusest Veenusest Päikeseni (0,017 astronoomilist ühikut). Nii lähedal valgusallikale ja nii peegeldav, võite ette kujutada, kui hele see peab olema.
Planeet on gaasiline planeet, millel on 29 Maa massi ja 4,6 Maa raadiust. Arvestades selle suurust ja tihedust, on see klassifitseeritud Neptuuni objektiks. See objekt on haruldane mitte seetõttu, et sellel oleks kõrge albeedo või kuna see on Neptaani-sarnane objekt (kolmandik kõigist kinnitatud eksoplaneetidest on Neptaani sarnased objektid). See on haruldane, sest see on oma peremeestähele liiga lähedal, et Neptuuni objekt siin üldse olla saaks!
Tavaliselt on oma tähtede lähedal lendavad planeedid kas tohutud gaasihiiglased (näiteks "kuumad Jupiterid") või umbes Maa-suurused kivised planeedid. Sest kui te ei ole lihakilp nagu esimene, söövad tähed teid väga lühikese aja jooksul (näiteks 100 miljoni aasta pärast) ära ja riisuvad teid, jättes teile väikese tahke tuuma.
See kehtib eriti noorte staaride puhul. Näiteks planeedi peremeestäht (LTT 9779), mis on umbes 80 protsenti meie päikese suurusest, on samuti G-järjestuse täht. Kuid võrreldes päikese suurejoonelise 4,6 miljardi aasta vanuse "keskealise onuga" on täht siiski alla 2 miljardi aasta vanune "noor tüüp". Väga tugeva kiirgusega noore tähega silmitsi seistes oleks ühelgi Neptuuni suurusel planeedil peaaegu võimatu oma gravitatsioonijõul oma välisatmosfääri lukustada. Selle vesinik ja heelium oleks tulnud eemaldada, jättes selle kivise tuumaga.
Vaadake otse planeedi raadiuse ja orbitaalperioodi graafikut, selle ordinaat on planeedi raadius (ühik: Maa raadius) ja selle abstsiss on orbitaalperiood (ühik: päev). On näha, et väga lähedal tähele (tiirlemisperiood on väga lühike) asuvad põhimõtteliselt planeedid, mis on Maast ühe või kahe raadiusega suuremad; Veidi suurematel vahemaadel võivad suured gaasihiiglased olla stabiilsed; Ja Neptuuni-sarnased objektid keskel, need on enamasti kaugemal. Neptuuni-sarnaseid objekte leidub kolmnurgas harva, seetõttu tuntakse seda piirkonda ka kui "Neptuuni kõrbe".
Kuid kõnealune planeet (pildil olev pentagramm) on üks väheseid "Neptuuni kõrbe" näiteid. Kuna see on oma tähele nii lähedal, on sellel väga väike orbiit, mis teeb ümber tähe 0,8 päevaga, mis tähendab, et "aasta" tema kohal kestab vaid 19 tundi.
Nii lähedal tähele ei tohi planeedi pinnatemperatuur olla jahe. Jah, selle tasakaalutemperatuur on peaaegu 2000 K, mis on lähedane punase kääbuse pinnatemperatuurile, seega nimetatakse seda ka ülikuumaks Neptuuniks. Seega tekib küsimus: kuidas suudab pisike gaasiline planeet, kus domineerivad vesinik ja heelium, nii äärmuslike temperatuuride juures oma atmosfääri kinni hoida?
Mõned teadlased on oletanud, et planeet võis olla Jupjupi suurune hiiglane, enne kui täht selle materjalist eemaldas, jättes talle Neptuuni suuruse keha. Kuid hiiglaslikul planeedil on raske lühikese aja jooksul nii palju massi kaotada ainult tähetuule ja kuuma küpsemise (kerge aurustumise) tõttu. Seega võib planeedil esineda ka muid materjali väljavoolu viise, näiteks Roche Lobe Overflow (RLO).
Roche lobe overflow viitab siin peamiselt nähtusele, et kui gaasihiidplaneet satub tähele liiga lähedale (näiteks siseneb tähe Roche'i piirile), siis tähe loodete jõu mõjul planeedi välimine gaas laieneb planeedi enda Roche'i lobust kaugemale, mille tulemuseks on suur planeedi materjali kadu.
Planeet võib nüüd olla üleminekul hiidplaneedilt kivisele planeedile tänu tähtede kiirguse aurustumise ja loodete jõudude põhjustatud Loche'i sagara ülekandumise kombinatsioonile. Miks see protsess nii aeglane on, on olnud mõistatuslik.
2023. aasta oktoobris ajakirjas Monthly Royal Astronomical Transactions avaldatud artiklis uurisid teadlased XMM-Newtoni kosmoseteleskoobi abil planeedi peremeestähe röntgenikiirgust. Nad leidsid, et täht oli tegelikult palju pehmem, kui ootasime. Sellel pole mitte ainult ebatavaliselt aeglane pöörlemine, vaid ka selle kiirgavad röntgenikiirgused ei ole peaaegu nii tugevad kui oodatud, vaid 15 korda tugevamad kui tema eakaaslased. Noh, ma arvasin, et ta on vaimupoiss, aga ma ei oodanud, et olen nõrk õpetlane. Tähtede nõrk kiirgus võib olla üheks põhjuseks, miks planeet suudab atmosfääri säilitada.
Nüüd on küsimus: mis seletab kuuma Neptuunina selle 80-protsendilist ülikõrget albeedot? Meie päikesesüsteemi gaasiplaneetidel on parimal juhul 50 protsenti Jupiteri albeedost. Sellise suure peegeldusvõimega peab sellel planeedil olema midagi erilist ja selle atmosfäär võib varjata mõningaid saladusi.
Õnneks pole planeet liiga kaugel (ainult 264 valgusaastat) ja infrapunavõimekusega kosmoseteleskoopide abil näeme läbi ülekandespektri, mis selle atmosfääris on.
Astronoomid kasutasid Spitzeri, Hubble'i ja Webbi teleskoope, et jälgida planeedi atmosfääri. Muidugi, lisaks eeldatavale vesiniku ja heeliumi koostisele on atmosfäär ebaharilikult kõrge metallisisaldusega, sadu kordi rohkem kui päike! Spektri hoolikas analüüs näitas, et atmosfääris olevad pilved koosnesid tegelikult silikaatidest.
(* Astronoomias nimetatakse muid elemente peale vesiniku ja heeliumi ühiselt metallilisteks elementideks)
Silikaadid on põhimõtteliselt sellised asjad nagu kivi, liiv ja klaas ning kivised planeedid, nagu Maa, on põhiliselt valmistatud silikaatidest. Sõltuvalt koostisest on silikaatide keemistemperatuur üldjuhul üle kahe tuhande kraadi (klaasi puhul isegi üle tuhande kraadi). Arvestades planeedi tasakaalutemperatuuri peaaegu 2,000 kraadi, võib see tõesti aurustuda, kui sellel oleks liiva. Kuid see pole veel kõik. Lisaks nendele silikaatidele on teadlased leidnud, et pilved sisaldavad ka metalli titaani. Ehk siis planeedi pind on kaetud "titaanliivapilve" kihiga, pole ime, et peegeldusvõime on nii tugev, koos kogu planeediga on suur peegel.
Kujutage ette keskkonda: taevas rippuv tohutu tulekera, mida ümbritsevad metalliauru pilved. Kui temperatuur on jahedam, kondenseeruvad need raskemetalli pilved "vihmapiiskadeks" ja langevad. Seejärel aurustatakse vedel metall uuesti kõrgel temperatuuril jne.
Ok, kokkuvõtteks: miks võiks see planeet olla Neptuuni kõrbes?
1. Kuigi ta on oma tähe lähedal, on selle peremeestäht röntgenikiirguses väga nõrk ja tähetuul ei ole tugev;
2. Planeedi atmosfääri metallisisaldus on väga kõrge, mistõttu on kogu selle atmosfäär väga raske ja seda on raske ära puhuda;
3. Metallpilve tekitatud kõrge albeedo blokeerib suurema osa tähe kiirgusest, mis takistab ka planeedi üleküpsemist.
Need põhjused tunduvad seni usutavad, kuid selle ülikuuma Neptuuni müsteerium on lahendatud vaid esialgselt. JWST võib seda tulevikus üksikasjalikumalt jälgida, lootuses, et rohkem tõendeid aitab mõistatust lahendada.
