Er steinplaneten lysere eller gassplaneten lysere? Den klareste stjernen i solsystemet, både når det gjelder tilsynelatende størrelse og Bond-albedo, er selvfølgelig Jordens nabo Venus. Som planet er Venus langt lysere enn de stjernene etter vårt syn, og er definitivt den "lyseste stjernen på nattehimmelen." Mens den lyseste planeten i vårt solsystem er en steinete, kan ikke det samme sies om det ytre solsystemet. Kan du forestille deg en verden med skyer av metalldamp og titanregn rundt seg?
"Kart måneskinn før sengetid, mistenkt frost på bakken". Vi vet at selv om månen kalles måneskinn, sendes ikke dette lyset ut av månen selv, men reflektert sollys. Det samme gjelder planeter. Selv om månen ser lys ut, er det i stor grad fordi den er så nær oss, ikke fordi den reflekterer lys. Månens albedo er faktisk veldig lav, bare rundt 10 prosent.
Den minst reflekterende av solsystemets åtte planeter er Merkur, som i likhet med månen mangler atmosfære, med en albedo på mindre enn 9 prosent. Andre planeter er ikke for reflekterende hvis de har en atmosfære i det hele tatt. I likhet med Jorden er dens albedo omtrent den samme som for de gassformede planetene, rundt 30 %. Jupiter er litt større, 50 prosent. Men Venus har den høyeste albedo. Takket være sin tykke atmosfære og unike svovelsyreskyer har Venus en albedo på 76 prosent! Så det kan sies at Venus er det lyseste objektet på himmelen etter solen og månen.
For at en planet skal være «den peneste», må den i tillegg til utseendet (høy albedo), også være nær nok stjernen sin. Venus, for eksempel, blåser ikke bare bort alle sine konkurrenter i albedo, men den er også i et veldig varmt forhold til solen, bare 0.72 astronomiske enheter unna solen (3/4 av avstanden fra Jorden) ), nest etter Mercury. Så den lyseste planeten utenfor vårt solsystem, den må også være veldig nær vertsstjernen.
I 2019 oppdaget astronomer en sjelden planet kalt LTT 9779 b (TOI-193 b) ved siden av en stjerne 264 lysår unna. I følge transittmetoden er planeten veldig lys, med en albedo på 80 prosent, høyere enn Venus. Og riktignok er den veldig nær vertsstjernen sin, bare 1/42 av avstanden fra Venus til Solen (0,017 astronomiske enheter). Så nærme lyskilden og så reflekterende at du kan forestille deg hvor lyst det må være.
Planeten er en gassplanet med 29 jordmasser og 4,6 jordradier. Gitt størrelsen og tettheten er den klassifisert som et Neptunes-objekt. Dette objektet er sjeldent, ikke fordi det har en høy albedo eller fordi det er et neptanlignende objekt (en tredjedel av alle bekreftede eksoplaneter er neptanlignende objekter). Det er sjelden fordi det er for nært vertsstjernen til at et Neptun-objekt i det hele tatt kan være her!
Normalt er planeter som flyr nær stjernene sine enten enorme gassgiganter (som "hot Jupiters") eller steinete planeter på størrelse med jorden. For hvis du ikke er et kjøttskjold som det tidligere, vil du bli spist og strippet av stjernene i løpet av veldig kort tid (si 100 millioner år), og etterlate deg med en liten solid kjerne.
Dette gjelder spesielt når det gjelder unge stjerner. For eksempel er planetens vertsstjerne (LTT 9779), som er omtrent 80 prosent på størrelse med solen vår, også en stjerne i G-sekvens. Men sammenlignet med solens staselige 4,6 milliarder år gamle «middelaldrende onkel» er stjernen fortsatt en «ung fyr» under 2 milliarder år gammel. Når man står overfor en ung stjerne med veldig sterk stråling, ville det være nesten umulig for en planet på størrelse med Neptun å låse inn sin ytre atmosfære av sin egen tyngdekraft. Hydrogenet og heliumet skulle ha blitt fjernet, og etterlatt det med en naken steinete kjerne.
Se direkte på grafen for planetradius og omløpsperiode, dens ordinat er planetradiusen (enhet: Jordens radius), og abscissen er omløpsperioden (enhet: dag). Det kan sees at veldig nær stjernen (omløpsperioden er veldig kort), er det i utgangspunktet planeter en eller to ganger jordens radius; På litt større avstander kan store gassgiganter være stabile; Og de Neptun-lignende objektene i midten, de er stort sett lenger unna. Neptunlignende gjenstander finnes sjelden i trekanten, så denne regionen er også kjent som "Neptunørkenen."
Men den aktuelle planeten (pentagrammet på bildet) er et av få eksempler på en «Neptun-ørken». Fordi den er så nær stjernen sin, har den en veldig liten bane, og går rundt stjernen på 0.8 dager, noe som betyr at et "år" over den varer bare 19 timer.
Så nærme stjernen må planetens overflatetemperatur ikke være kjølig. Ja, dens likevektstemperatur er nesten 2000K, som er nær overflatetemperaturen til en rød dverg, så den kalles også Ultra-hot Neptun. Så spørsmålet er: hvordan kan en liten, gassformet planet, dominert av hydrogen og helium, holde på atmosfæren ved så ekstreme temperaturer?
Noen forskere har spekulert i at planeten kan ha vært en gigant på størrelse med Jupjup før den ble strippet for materialet av stjernen, og etterlot den med en kropp på størrelse med Neptun. Men det er vanskelig for en gigantisk planet å miste så mye masse på kort tid med stjernevind og varm baking (lett fordampning) alene. Så planeten kan også oppleve andre måter å strømme ut materiale på, for eksempel en Roche Lobe Overflow (RLO).
Roche lobe overflow refererer her hovedsakelig til fenomenet at når en gassgigantplanet kommer for nær stjernen (for eksempel å gå inn i Roche-grensen til stjernen), under påvirkning av tidevannskraften til stjernen, planetens ytre gass ekspanderer utover Roche-loben på selve planeten, noe som resulterer i et stort tap av planetarisk materiale.
Planeten kan nå være i ferd med å gå over fra en gigantisk planet til en steinete, takket være en kombinasjon av fordampning fra stjernestråling og en Loche-lob-overgang fra tidevannskrefter. Akkurat hvorfor prosessen går så sakte har vært forvirrende.
I en artikkel publisert i oktober 2023 i tidsskriftet Monthly Royal Astronomical Transactions, så forskere på røntgenstråler fra planetens vertsstjerne ved hjelp av romteleskopet XMM-Newton. De fant ut at stjernen faktisk var mye mykere enn vi forventet. Ikke bare har den en uvanlig langsom rotasjon, men røntgenstrålene den sender ut er ikke på langt nær så sterke som forventet, bare 15 ganger så sterke som jevnaldrende. Vel, jeg trodde han var en åndegutt, men jeg forventet ikke å være en svak lærd. Svak stjernestråling kan være en grunn til at planeten er i stand til å opprettholde en atmosfære.
Nå er spørsmålet: som en varm Neptun, hva forklarer dens 80 prosent superhøye albedo? Gassplanetene i vårt solsystem har i beste fall 50 prosent av Jupiters albedo. Med så høy reflektivitet må det være noe spesielt med denne planeten, og atmosfæren skjuler kanskje noen hemmeligheter.
Heldigvis er planeten ikke så langt unna (kun 264 lysår), og ved hjelp av romteleskoper med infrarøde muligheter kan vi se hva som er i atmosfæren gjennom overføringsspekteret.
Astronomer brukte Spitzer-, Hubble- og Webb-teleskoper for å observere planetens atmosfære. Jada nok, i tillegg til den forventede sammensetningen av hydrogen og helium, er atmosfæren uvanlig høy i metaller, hundrevis av ganger mer rikelig enn solen! Nøye analyser av spekteret avslørte at skyene i atmosfæren faktisk var laget av silikater.
(* I astronomi blir andre grunnstoffer enn hydrogen og helium samlet referert til som metalliske grunnstoffer)
Silikater er i utgangspunktet ting som stein, sand og glass, og steinete planeter som Jorden er i utgangspunktet laget av silikater. Avhengig av sammensetningen er kokepunktet for silikater generelt mer enn to tusen grader (eller til og med mer enn tusen grader for glass). Gitt planetens likevektstemperatur på nesten 2,000 grader, kunne den virkelig fordampes hvis den hadde noe sand på seg. Men det er ikke alt. I tillegg til disse silikatene har forskere funnet ut at skyene også inneholder metallet titan. Planetens overflate er med andre ord dekket med et lag med "titan sandsky", ikke rart at refleksjonsevnen er så sterk, sammen med hele planeten er et stort speil.
Se for deg miljøet: en enorm ildkule hengende på himmelen, omgitt av skyer av metalldamp. Når temperaturen er kjøligere, kondenserer disse tungmetallskyene til "regndråper" og faller. Det flytende metallet fordampes så igjen ved høye temperaturer, og så videre.
Ok, så for å oppsummere: hvorfor kan denne planeten være i Neptun-ørkenen?
1. Selv om den er nær stjernen sin, er vertsstjernen veldig svak i røntgenstråler og stjernevinden er ikke sterk;
2. Metallinnholdet i planetens atmosfære er svært høyt, noe som gjør hele atmosfæren svært tung og vanskelig å blåse bort;
3. Den høye albedoen forårsaket av metallskyen blokkerer det meste av stjernens stråling, som også hindrer planeten i å overbake.
Disse årsakene virker plausible så langt, men mysteriet med denne superhete Neptun er bare foreløpig løst. Det kan bli observert mer detaljert av JWST i fremtiden, i håp om at flere bevis vil bidra til å løse mysteriet.
