Скалистата планета по-ярка ли е или газовата? Най-ярката звезда в Слънчевата система, както по видима величина, така и по албедо на Бонд, разбира се е съседката на Земята Венера. Като планета Венера е много по-ярка от тези звезди според нашето виждане и определено е „най-ярката звезда на нощното небе“. Докато най-ярката планета в нашата слънчева система е скалиста, същото не може да се каже за външната слънчева система. Можете ли да си представите свят с облаци от метални пари и дъжд от титан около него?
„Ярка лунна светлина преди лягане, подозрение за скреж по земята“. Знаем, че въпреки че луната се нарича лунна светлина, тази светлина не се излъчва от самата луна, а от отразената слънчева светлина. Същото важи и за планетите. Въпреки че луната изглежда ярка, това е до голяма степен защото е толкова близо до нас, а не защото отразява светлината. Албедото на луната всъщност е много ниско, само около 10 процента.
Най-малко отразяващият от осемте планети на Слънчевата система е Меркурий, който, подобно на Луната, няма атмосфера, с албедо под 9 процента. Други планети не са твърде отразяващи, ако изобщо имат атмосфера. Подобно на Земята, нейното албедо е почти същото като това на газообразните планети, около 30%. Юпитер е малко по-голям, 50 процента. Но Венера има най-високо албедо. Благодарение на плътната си атмосфера и уникалните облаци от сярна киселина, Венера има албедо от 76 процента! Така че може да се каже, че Венера е най-яркият обект в небето след слънцето и луната.
За да бъде една планета "най-красивата", освен външен вид (високо албедо), тя трябва да е и достатъчно близо до своята звезда. Венера, например, не само издухва всичките си конкуренти по албедо, но също така е в много гореща връзка със слънцето, само на 0.72 астрономически единици от Слънцето (3/4 от разстоянието от Земята ), на второ място след Меркурий. Така че най-ярката планета извън нашата слънчева система, тя също трябва да е много близо до своята звезда домакин.
През 2019 астрономите откриха рядка планета, наречена LTT 9779 b (TOI-193 b) до звезда на 264 светлинни години. Според метода на транзита планетата е много ярка, с албедо от 80 процента, по-високо от Венера. И разбира се, той е много близо до своята звезда-домакин, само на 1/42 от разстоянието от Венера до Слънцето (0,017 астрономически единици). Толкова близо до източника на светлина и толкова отразяващ, можете да си представите колко ярко трябва да бъде.
Планетата е газообразна с 29 земни маси и 4,6 земни радиуса. Предвид неговия размер и плътност, той се класифицира като обект на Нептун. Този обект е рядък не защото има високо албедо или защото е обект, подобен на Нептан (една трета от всички потвърдени екзопланети са обекти, подобни на Нептан). Рядко е, защото е твърде близо до своята звезда-домакин, за да може обект на Нептун изобщо да бъде тук!
Обикновено планетите, които летят близо до своите звезди, са или огромни газови гиганти (като „горещите юпитери“) или скалисти планети с размерите на Земята. Защото, ако не сте плътски щит като първия, ще бъдете изядени и съблечени от звездите за много кратък период от време (да речем 100 милиона години), оставяйки ви с малко твърдо ядро.
Това е особено вярно, когато става дума за млади звезди. Например звездата домакин на планетата (LTT 9779), която е около 80 процента от размера на нашето слънце, също е звезда от G-последователност. Но в сравнение с величествения 4,6-милиарден „чичо“ на слънцето на средна възраст, звездата все още е „млад човек“ на по-малко от 2 милиарда години. Когато се изправи пред млада звезда с много силно излъчване, би било почти невъзможно за която и да е планета с размерите на Нептун да се заключи във външната си атмосфера от собствената си гравитация. Неговият водород и хелий трябваше да бъдат отстранени, оставяйки го с голо скалисто ядро.
Погледнете директно графиката на планетарния радиус и орбиталния период, нейната ордината е планетарният радиус (единица: радиус на Земята), а нейната абциса е орбиталният период (единица: ден). Може да се види, че много близо до звездата (орбиталният период е много кратък) има основно планети, един или два пъти по-големи от радиуса на Земята; На малко по-големи разстояния големите газови гиганти могат да бъдат стабилни; И подобните на Нептун обекти в средата, те са предимно по-далеч. Обекти, подобни на Нептун, рядко се срещат в триъгълника, така че този регион е известен също като „пустинята на Нептун“.
Но въпросната планета (пентаграмата на снимката) е един от малкото примери за „пустиня на Нептун“. Тъй като е толкова близо до своята звезда, той има много малка орбита, обикаляйки около звездата за 0,8 дни, което означава, че „година“ над нея продължава само 19 часа.
Толкова близо до звездата температурата на повърхността на планетата не трябва да е студена. Да, неговата равновесна температура е близо 2000K, което е близко до температурата на повърхността на червено джудже, така че се нарича още ултрагорещ Нептун. Така че въпросът е: как може малка, газообразна планета, доминирана от водород и хелий, да се задържи в атмосферата си при такива екстремни температури?
Някои учени спекулират, че планетата може да е била гигант с размерите на Юпюп, преди да бъде лишена от материала си от нейната звезда, оставяйки я с тяло с размерите на Нептун. Но е трудно за гигантска планета да загуби толкова много маса за кратък период от време само със звездни ветрове и горещо печене (леко изпарение). Така че планетата може също да изпитва други начини за изтичане на материал, като например преливане на лоб на Рош (RLO).
Преливането на лоба на Рош тук се отнася главно до феномена, че когато планета от газов гигант се приближи твърде много до звездата (като навлизане в границата на Рош на звездата), под действието на приливната сила на звездата, външният газ на планетата се разширява отвъд лоба на Рош на самата планета, което води до голяма загуба на планетарен материал.
Планетата може сега да е в процес на преход от гигантска планета към скалиста, благодарение на комбинация от изпарение от звездна радиация и преливане на лоба на Лош от приливни сили. Защо процесът е толкова бавен, е озадачаващо.
В статия, публикувана през октомври 2023 г. в списанието Monthly Royal Astronomical Transactions, изследователите са разгледали рентгенови лъчи от звездата домакин на планетата с помощта на космическия телескоп XMM-Newton. Те установиха, че звездата всъщност е много по-мека, отколкото очаквахме. Не само, че има необичайно бавно въртене, но рентгеновите лъчи, които излъчва, не са толкова силни, колкото се очакваше, само 15 пъти по-силни от своите връстници. Е, мислех, че е духовно момче, но не очаквах да бъда слаб учен. Слабата звездна радиация може да е една от причините планетата да поддържа атмосфера.
Сега въпросът е: като горещ Нептун, какво обяснява неговите 80 процента свръхвисоко албедо? Газовите планети в нашата слънчева система имат в най-добрия случай 50 процента от албедото на Юпитер. С толкова висока отразяваща способност трябва да има нещо специално в тази планета и нейната атмосфера може да крие някои тайни.
За щастие планетата не е твърде далеч (само 264 светлинни години) и с помощта на космически телескопи с инфрачервени възможности можем да видим какво има в нейната атмосфера чрез спектъра на предаване.
Астрономите са използвали телескопите Spitzer, Hubble и Webb, за да наблюдават атмосферата на планетата. Разбира се, в допълнение към очаквания състав на водород и хелий, атмосферата е необичайно богата на метали, стотици пъти повече от слънцето! Внимателният анализ на спектъра разкри, че облаците в атмосферата всъщност са направени от силикати.
(* В астрономията елементи, различни от водород и хелий, се наричат колективно метални елементи)
Силикатите са основно неща като камък, пясък и стъкло, а скалистите планети като Земята са основно направени от силикати. В зависимост от състава, точката на кипене на силикатите обикновено е повече от две хиляди градуса (или дори повече от хиляда градуса за стъкло). Като се има предвид равновесната температура на планетата от близо 2,000 градуса, тя наистина може да се изпари, ако върху нея има пясък. Но това не е всичко. Освен тези силикати, учените са установили, че облаците съдържат и метала титан. С други думи, повърхността на планетата е покрита със слой от "титанов пясъчен облак", нищо чудно, че способността за отразяване е толкова силна, заедно с цялата планета е голямо огледало.
Представете си околната среда: огромно огнено кълбо, висящо в небето, заобиколено от облаци от метални пари. Когато температурата е по-ниска, тези тежки метални облаци се кондензират в „дъждовни капки“ и падат. След това течният метал се изпарява отново при високи температури и т.н.
Добре, да обобщим: защо тази планета може да е в пустинята на Нептун?
1. Въпреки че е близо до своята звезда, нейната звезда-домакин е много слаба в рентгеновите лъчи и нейният звезден вятър не е силен;
2. Съдържанието на метал в атмосферата на планетата е много високо, което прави цялата й атмосфера много тежка и трудна за издухване;
3. Високото албедо, причинено от металния облак, блокира по-голямата част от радиацията на звездата, което също така предпазва планетата от прегряване.
Тези причини изглеждат правдоподобни досега, но мистерията на този супер горещ Нептун е само условно разгадана. Може да бъде наблюдавано по-подробно от JWST в бъдеще с надеждата, че повече доказателства ще помогнат за разрешаването на мистерията.
