Кам’яниста планета яскравіша чи газова планета? Найяскравішою зіркою в Сонячній системі як за видимою зоряною величиною, так і за альбедо Бонда є сусідка Землі Венера. Як планета Венера набагато яскравіша за ці зірки, і, безперечно, є «найяскравішою зіркою на нічному небі». Хоча найяскравіша планета в нашій Сонячній системі є кам’янистою, цього не можна сказати про зовнішню частину Сонячної системи. Чи можете ви уявити собі світ із хмарами металевої пари та титановим дощем навколо нього?
«Яскраве місячне світло перед сном, підозрюваний мороз на землі». Ми знаємо, що хоча місяць називається місячним світлом, це світло випромінює не сам місяць, а відбите сонячне світло. Те саме стосується планет. Хоча Місяць виглядає яскравим, це здебільшого тому, що він дуже близько до нас, а не тому, що він відбиває світло. Альбедо Місяця насправді дуже низьке, лише близько 10 відсотків.
З восьми планет Сонячної системи найменше відображення має Меркурій, який, як і Місяць, не має атмосфери з альбедо менше 9 відсотків. Інші планети не надто відбивають, якщо вони взагалі мають атмосферу. Як і у Землі, її альбедо приблизно таке ж, як і у газоподібних планет, близько 30%. Юпітер трохи більший, 50 відсотків. Але найвище альбедо у Венери. Завдяки густій атмосфері та унікальним хмарам сірчаної кислоти Венера має альбедо 76 відсотків! Тому можна сказати, що Венера є найяскравішим об’єктом на небі після Сонця та Місяця.
Для того, щоб планета була «найкрасивішою», окрім зовнішнього вигляду (високого альбедо), вона також має бути достатньо близькою до своєї зірки. Наприклад, Венера не лише випереджає всіх своїх конкурентів за альбедо, але й має дуже тісні стосунки з Сонцем, лише 0.72 астрономічних одиниць від Сонця (3/4 відстані від Землі) ), поступаючись лише Меркурію. Отже, найяскравіша планета за межами нашої Сонячної системи, вона також має бути дуже близько до своєї головної зірки.
У 20219 році астрономи виявили рідкісну планету під назвою LTT 9779 b (TOI-193 b) поруч із зіркою за 264 світлові роки від нас. За методом транзиту планета дуже яскрава, з альбедо 80 відсотків, вище Венери. І справді, він дуже близький до своєї головної зірки, лише на 1/42 відстані від Венери до Сонця (0,017 астрономічних одиниць). Настільки близько до джерела світла та настільки відбиває світло, що ви можете собі уявити, яким воно має бути яскравим.
Планета є газоподібною з 29 масами Землі та 4,6 радіусами Землі. З огляду на його розмір і щільність, він класифікується як об’єкт Нептуна. Цей об’єкт є рідкісним не тому, що він має високе альбедо, або тому, що він подібний до Нептана (третина всіх підтверджених екзопланет – це об’єкти, подібні до Нептана). Це рідко, тому що воно надто близько до своєї головної зірки, щоб об’єкт Нептуна взагалі міг бути тут!
Зазвичай планети, які пролітають близько до своїх зірок, є або величезними газовими гігантами (наприклад, «гарячі Юпітери»), або скелястими планетами розміром із Землю. Тому що, якщо ви не є щитом із плоті, як попередній, вас з’їдять і оголять зірки за дуже короткий проміжок часу (скажімо, 100 мільйонів років), залишивши у вас маленьке тверде ядро.
Особливо це стосується молодих зірок. Наприклад, зірка-господар планети (LTT 9779), яка приблизно на 80 відсотків менша за наше Сонце, також є зіркою G-послідовності. Але порівняно з величним «дядьком середнього віку» Сонця віком 4,6 мільярда років, зірка все ще залишається «молодим хлопцем» віком менше 2 мільярдів років. Зіткнувшись із молодою зіркою з дуже сильним випромінюванням, для будь-якої планети розміром з Нептун було б майже неможливо зафіксувати свою зовнішню атмосферу власною гравітацією. Його водень і гелій повинні були бути видалені, залишивши його з голим скелястим ядром.
Подивіться безпосередньо на графік планетарного радіуса та орбітального періоду, його ордината – це радіус планети (одиниця: радіус Землі), а його абсциса – орбітальний період (одиниця: день). Можна побачити, що дуже близько до зірки (орбітальний період дуже короткий) є в основному планети, радіус яких в один або два рази перевищує радіус Землі; На трохи більших відстанях великі газові гіганти можуть бути стабільними; І схожі на Нептун об’єкти посередині, вони здебільшого далі. Об’єкти, схожі на Нептун, рідко зустрічаються в трикутнику, тому цей регіон також відомий як «пустеля Нептуна».
Але розглянута планета (пентаграма на малюнку) є одним із небагатьох прикладів «пустелі Нептуна». Оскільки він дуже близько до своєї зірки, він має дуже малу орбіту, обертаючись навколо зірки за 0,8 днів, що означає, що «рік» над нею триває лише 19 годин.
Так близько до зірки температура поверхні планети не повинна бути низькою. Так, його рівноважна температура становить майже 2000 К, що близько до температури поверхні червоного карлика, тому його також називають Ультрагарячим Нептуном. Отже, постає питання: як крихітна газоподібна планета, в якій домінують водень і гелій, може утримуватися в атмосфері за таких екстремальних температур?
Деякі вчені припускають, що планета могла бути гігантом розміром з Юп'юп до того, як зірка позбавила її матеріалу, залишивши на ній тіло розміром з Нептун. Але гігантській планеті важко втратити стільки маси за короткий проміжок часу лише за допомогою зоряних вітрів і гарячого запікання (легкого випаровування). Отже, на планеті також можуть спостерігатися інші шляхи витоку матеріалу, такі як перелив пелюстка Роша (RLO).
Переповнення пелюстка Роша тут в основному стосується явища, коли газова планета-гігант наближається до зірки занадто близько (наприклад, входить у межу Роша зірки), під дією приливної сили зірки зовнішній газ планети розширюється за межі частки Роша самої планети, що призводить до великої втрати планетарного матеріалу.
Можливо, зараз планета перебуває в процесі переходу від гігантської планети до скелястої завдяки поєднанню випаровування від зоряного випромінювання та переливу пелюстка Лоша від приливних сил. Чому цей процес такий повільний, викликає здивування.
У статті, опублікованій у жовтні 2023 року в журналі Monthly Royal Astronomical Transactions, дослідники дивилися на рентгенівське випромінювання зірки-господаря планети за допомогою космічного телескопа XMM-Newton. Вони виявили, що зірка насправді була набагато м’якшою, ніж ми очікували. Він не тільки має надзвичайно повільне обертання, але й рентгенівське випромінювання, яке він випромінює, не таке сильне, як очікувалося, лише в 15 разів сильніше, ніж у аналогів. Ну, я думав, що він був духом, але я не очікував, що буду слабким ученим. Слабке випромінювання зірок може бути однією з причин, чому планета здатна підтримувати атмосферу.
Тепер постає питання: як у гарячого Нептуна, чим пояснюється його 80-відсоткове надвисоке альбедо? Газові планети в нашій Сонячній системі мають у кращому випадку 50 відсотків альбедо Юпітера. З такою високою відбивною здатністю ця планета має бути чимось особливим, і її атмосфера може приховувати деякі таємниці.
На щастя, планета не надто далеко (лише 264 світлових роки), і за допомогою космічних телескопів з інфрачервоними можливостями ми можемо побачити, що знаходиться в її атмосфері через спектр пропускання.
Астрономи спостерігали за атмосферою планети за допомогою телескопів Spitzer, Hubble і Webb. Звичайно, крім очікуваного складу водню та гелію, в атмосфері надзвичайно багато металів, яких у сотні разів більше, ніж на Сонці! Ретельний аналіз спектру показав, що хмари в атмосфері насправді складаються із силікатів.
(* В астрономії інші елементи, крім водню та гелію, спільно називаються металевими елементами)
Силікати — це в основному такі речі, як камінь, пісок і скло, а кам’янисті планети, такі як Земля, в основному складаються з силікатів. Залежно від складу, температура кипіння силікатів зазвичай перевищує дві тисячі градусів (або навіть більше тисячі градусів для скла). Враховуючи рівноважну температуру планети, що становить майже 2{1}} градуси, вона дійсно могла б випаруватися, якби на ній був пісок. Але це ще не все. Окрім цих силікатів, вчені виявили, що хмари також містять металевий титан. Іншими словами, поверхня планети покрита шаром «титанової піщаної хмари», не дивно, що здатність відбиття настільки сильна, разом із усією планетою це велике дзеркало.
Уявіть навколишнє середовище: величезна вогняна куля висить у небі, оточена хмарами металевої пари. Коли температура нижча, ці хмари важкого металу конденсуються в «краплі дощу» і падають. Потім рідкий метал знову випаровується при високих температурах і так далі.
Отже, підсумовуючи: чому ця планета могла бути в пустелі Нептуна?
1. Хоча він близький до своєї зірки, його головна зірка дуже слабка в рентгенівських променях, а її зоряний вітер не сильний;
2. Вміст металів в атмосфері планети дуже високий, що робить всю її атмосферу дуже важкою, і її важко здувати;
3. Високе альбедо, викликане металевою хмарою, блокує більшу частину випромінювання зірки, що також запобігає перегріванню планети.
Ці причини поки що здаються правдоподібними, але таємниця цього надгарячого Нептуна розкрита лише попередньо. JWST може спостерігати його більш детально в майбутньому, сподіваючись, що більше доказів допоможе розгадати таємницю.
