Je li stjenoviti planet svjetliji ili plinoviti planet? Najsjajnija zvijezda u Sunčevom sustavu, u smislu prividne magnitude i Bondovog albeda, je naravno Zemljina susjeda Venera. Kao planet, Venera je daleko svjetlija od tih zvijezda u našem pogledu i definitivno je "najsjajnija zvijezda na noćnom nebu". Dok je najsvjetliji planet u našem Sunčevom sustavu stjenoviti, to se ne može reći za vanjski Sunčev sustav. Možete li zamisliti svijet s oblacima metalne pare i kišom od titana oko sebe?
"Jaka mjesečina prije spavanja, sumnja se na mraz na tlu". Znamo da iako se mjesec naziva mjesečinom, tu svjetlost ne emitira sam mjesec, već reflektirana sunčeva svjetlost. Isto vrijedi i za planete. Iako Mjesec izgleda sjajno, to je uglavnom zato što nam je tako blizu, a ne zato što reflektira svjetlost. Mjesečev albedo zapravo je vrlo nizak, samo oko 10 posto.
Od osam planeta Sunčevog sustava najmanja refleksija je Merkur, koji, kao i Mjesec, nema atmosferu, s albedom manjim od 9 posto. Drugi planeti nisu previše reflektirajući ako uopće imaju atmosferu. Kao i kod Zemlje, njegov albedo je otprilike isti kao albedo plinovitih planeta, oko 30%. Jupiter je malo veći, 50 posto. Ali Venera ima najveći albedo. Zahvaljujući gustoj atmosferi i jedinstvenim oblacima sumporne kiseline, Venera ima albedo od 76 posto! Stoga se može reći da je Venera najsjajniji objekt na nebu nakon Sunca i Mjeseca.
Da bi planet bio "najljepši", osim izgleda (visokog albeda) mora biti i dovoljno blizu svoje zvijezde. Venera, na primjer, ne samo da je nadmašila sve svoje konkurente u albedu, već je i u vrlo vrućem odnosu sa Suncem, samo 0.72 astronomskih jedinica udaljena od Sunca (3/4 udaljenosti od Zemlje ), odmah iza Merkura. Dakle, najsvjetliji planet izvan našeg sunčevog sustava, također mora biti vrlo blizu svoje zvijezde domaćina.
2019. godine astronomi su otkrili rijedak planet nazvan LTT 9779 b (TOI-193 b) pored zvijezde udaljene 264 svjetlosne godine. Prema metodi tranzita, planet je vrlo svijetao, s 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 reflektirajuće, možete zamisliti koliko svijetlo mora biti.
Planet je plinoviti planet s 29 Zemljinih masa i 4,6 Zemljinih polumjera. S obzirom na njegovu veličinu i gustoću, klasificira se kao Neptunov objekt. Ovaj je objekt 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 preblizu svojoj zvijezdi domaćinu da bi Neptunov objekt uopće bio ovdje!
Obično su planeti koji lete blizu svojih zvijezda ili ogromni plinoviti divovi (kao što su "vrući Jupiteri") ili stjenoviti planeti veličine Zemlje. Jer ako niste štit od mesa poput prethodnog, zvijezde će vas pojesti i skinuti u vrlo kratkom vremenu (recimo, 100 milijuna godina), ostavljajući vas s malom čvrstom jezgrom.
To posebno vrijedi kada su u pitanju mlade zvijezde. Na primjer, zvijezda domaćin planeta (LTT 9779), koja je oko 80 posto veličine našeg Sunca, također je zvijezda G-sekvence. Ali u usporedbi sa veličanstvenim Sunčevim "sredovječnim ujakom" starim 4,6 milijardi godina, zvijezda je još uvijek "mladić" star manje od 2 milijarde godina. Kada bi se suočio s mladom zvijezdom s vrlo jakim zračenjem, bilo bi gotovo nemoguće za bilo koji planet veličine Neptuna zaključati svoju vanjsku atmosferu vlastitom gravitacijom. Njegov vodik i helij trebali su biti uklonjeni, ostavljajući ga s golom stjenovitom jezgrom.
Pogledajte izravno grafikon planetarnog radijusa i orbitalnog perioda, njegova ordinata je planetarni radijus (jedinica: polumjer Zemlje), a njegova apscisa je orbitalni period (jedinica: dan). Može se vidjeti da vrlo blizu zvijezde (orbitalni period je vrlo kratak), u osnovi postoje planeti jedan ili dva puta veći polumjer od Zemlje; Na malo većim udaljenostima veliki plinoviti divovi mogu biti stabilni; A objekti slični Neptunu u sredini, uglavnom su udaljeniji. Objekti slični Neptunu rijetko se nalaze u trokutu, pa je ovo područje poznato i kao "Neptunova pustinja".
Ali dotični planet (pentagram na slici) jedan je od rijetkih primjera "Neptunove pustinje". Budući da je tako blizu svoje zvijezde, ima vrlo malu orbitu, obilazeći oko zvijezde za 0,8 dana, što znači da "godina" iznad nje traje samo 19 sati.
Ovako blizu zvijezde, površinska temperatura planeta ne smije biti niska. Da, njegova ravnotežna temperatura je gotovo 2000 K, što je blizu površinske temperature crvenog patuljka, pa se također naziva Ultravrući Neptun. Dakle, pitanje je: kako se maleni, plinoviti planet, kojim dominiraju vodik i helij, može održati u svojoj atmosferi na tako ekstremnim temperaturama?
Neki znanstvenici nagađaju da je planet možda bio div veličine Jupjupa prije nego što ga je njegova zvijezda ogolila od materijala, ostavljajući mu tijelo veličine Neptuna. Ali teško je da divovski planet izgubi toliku masu u kratkom vremenskom razdoblju samo sa zvjezdanim vjetrovima i vrućim pečenjem (laganim isparavanjem). Dakle, planet također može iskusiti druge načine istjecanja materijala, kao što je Roche Lobe Overflow (RLO).
Prelijevanje Rocheovog režnja ovdje se uglavnom odnosi na fenomen da kada se plinoviti divovski planet previše približi zvijezdi (kao što je ulazak u Rocheovu granicu zvijezde), pod djelovanjem plimne sile zvijezde, vanjski plin planeta širi se izvan Rocheovog režnja samog planeta, što rezultira velikim gubitkom planetarnog materijala.
Planet je sada možda u procesu prelaska iz divovskog u stjenoviti, zahvaljujući kombinaciji isparavanja od zvjezdanog zračenja i prelijevanja Locheovog režnja od plimnih sila. Zagonetno je zašto je proces tako spor.
U radu objavljenom u listopadu 2023. u časopisu Monthly Royal Astronomical Transactions, istraživači su promatrali X-zrake sa zvijezde domaćina planeta pomoću svemirskog teleskopa XMM-Newton. Otkrili su da je zvijezda zapravo mnogo mekša nego što smo očekivali. Ne samo da ima neobično sporu rotaciju, već X-zrake koje emitira nisu ni približno jake kao što se očekivalo, samo su 15 puta jače od svojih kolega. Pa, mislio sam da je duhovni dječak, ali nisam očekivao da ću biti slab učenjak. Slabo zvjezdano zračenje može biti jedan od razloga zašto planet može održati atmosferu.
Sada je pitanje: kao vrući Neptun, što objašnjava njegov supervisoki albedo od 80 posto? Plinoviti planeti u našem solarnom sustavu imaju u najboljem slučaju 50 posto albeda Jupitera. S tako visokom refleksijom, mora postojati nešto posebno na ovom planetu, a njegova atmosfera možda krije neke tajne.
Srećom, planet nije predaleko (samo 264 svjetlosne godine), a uz pomoć svemirskih teleskopa s infracrvenim mogućnostima možemo vidjeti što se nalazi u njegovoj atmosferi kroz transmisijski spektar.
Astronomi su koristili teleskope Spitzer, Hubble i Webb za promatranje atmosfere planeta. Naravno, uz očekivani sastav vodika i helija, atmosfera je neobično bogata metalima, stotinama puta obilnijim od sunca! Pažljiva analiza spektra otkrila je da su oblaci u atmosferi zapravo napravljeni od silikata.
(* U astronomiji se drugi elementi osim vodika i helija zajednički nazivaju metalni elementi)
Silikati su u osnovi stvari poput kamena, pijeska i stakla, a stjenoviti planeti poput Zemlje u osnovi su napravljeni od silikata. Ovisno o sastavu, vrelište silikata općenito je više od dvije tisuće stupnjeva (ili čak više od tisuću stupnjeva za staklo). S obzirom na ravnotežnu temperaturu planeta od gotovo 2,000 stupnja, on bi doista mogao ispariti da ima pijeska na sebi. Ali to nije sve. Osim ovih silikata, znanstvenici su otkrili da oblaci sadrže i metal titan. Drugim riječima, površina planeta prekrivena je slojem "titan pješčanog oblaka", nije ni čudo što je sposobnost refleksije tako jaka, zajedno s cijelim planetom veliko je zrcalo.
Zamislite okoliš: ogromna vatrena kugla visi na nebu, okružena oblacima metalne pare. Kada je temperatura niža, ti oblaci teških metala kondenziraju se u "kišne kapi" i padaju. Tekući metal se zatim ponovno isparava na visokim temperaturama, i tako dalje.
Ok, da rezimiramo: zašto bi ovaj planet mogao biti u Neptunovoj pustinji?
1. Iako je blizu svoje zvijezde, njezina je zvijezda domaćin vrlo slaba u X-zrakama i njezin zvjezdani vjetar nije jak;
2. Sadržaj metala u atmosferi planeta je vrlo visok, što njegovu cjelokupnu atmosferu čini vrlo teškom i teško ju je otpuhati;
3. Visoki albedo uzrokovan metalnim oblakom blokira većinu zračenja zvijezde, što također sprječava pregrijavanje planeta.
Ti se razlozi zasad čine uvjerljivima, ali misterij ovog supervrućeg Neptuna samo je privremeno riješen. JWST bi to mogao detaljnije promatrati u budućnosti, u nadi da će više dokaza pomoći u rješavanju misterija.
