Är stenplaneten ljusare eller gasplaneten ljusare? Den ljusaste stjärnan i solsystemet, både vad gäller skenbar magnitud och Bond albedo, är förstås jordens granne Venus. Som planet är Venus mycket ljusare än dessa stjärnor enligt vår uppfattning, och är definitivt den "ljusaste stjärnan på natthimlen." Medan den ljusaste planeten i vårt solsystem är en stenig, kan detsamma inte sägas om det yttre solsystemet. Kan du föreställa dig en värld med moln av metallånga och titanregn runt sig?
"Ljust månsken före sänggåendet, misstänkt frost på marken". Vi vet att även om månen kallas månsken så sänds inte detta ljus ut av månen själv, utan reflekterat solljus. Detsamma gäller planeter. Även om månen ser ljus ut, beror det till stor del på att den är så nära oss, inte för att den reflekterar ljus. Månens albedo är faktiskt väldigt låg, bara cirka 10 procent.
Den minst reflekterande av solsystemets åtta planeter är Merkurius, som liksom månen saknar atmosfär, med en albedo på mindre än 9 procent. Andra planeter är inte alltför reflekterande om de har en atmosfär alls. Liksom jorden är dess albedo ungefär densamma som de gasformiga planeterna, cirka 30 %. Jupiter är lite större, 50 procent. Men Venus har den högsta albedo. Tack vare sin tjocka atmosfär och unika svavelsyramoln har Venus en albedo på 76 procent! Så man kan säga att Venus är det ljusaste objektet på himlen efter solen och månen.
För att en planet ska vara "snyggast" måste den förutom sitt utseende (hög albedo) också vara tillräckligt nära sin stjärna. Venus, till exempel, blåser inte bara bort alla sina konkurrenter i albedo, utan den är också i ett väldigt varmt förhållande till solen, bara 0.72 astronomiska enheter från solen (3/4 av avståndet från jorden) ), näst efter Merkurius. Så den ljusaste planeten utanför vårt solsystem, den måste också vara väldigt nära sin värdstjärna.
År 2019 upptäckte astronomer en sällsynt planet som heter LTT 9779 b (TOI-193 b) bredvid en stjärna 264 ljusår bort. Enligt transitmetoden är planeten väldigt ljus, med en albedo på 80 procent, högre än Venus. Och visst är det väldigt nära sin värdstjärna, bara 1/42 av avståndet från Venus till solen (0,017 astronomiska enheter). Så nära ljuskällan och så reflekterande, du kan föreställa dig hur ljust det måste vara.
Planeten är en gasformig planet med 29 jordmassor och 4,6 jordradier. Med tanke på dess storlek och densitet klassificeras det som ett Neptunes-objekt. Detta objekt är sällsynt, inte för att det har en hög albedo eller för att det är ett neptanliknande objekt (en tredjedel av alla bekräftade exoplaneter är neptanliknande objekt). Det är sällsynt eftersom det är för nära sin värdstjärna för att ett Neptunus-objekt överhuvudtaget ska vara här!
Normalt är planeter som flyger nära sina stjärnor antingen enorma gasjättar (som "heta Jupiters") eller steniga planeter ungefär lika stora som jorden. För om du inte är en köttsköld som den förra, kommer du att bli uppäten och avskalad av stjärnorna på mycket kort tid (säg 100 miljoner år), vilket lämnar dig med en liten solid kärna.
Detta gäller särskilt när det kommer till unga stjärnor. Till exempel är planetens värdstjärna (LTT 9779), som är ungefär 80 procent av vår sols storlek, också en stjärna i G-sekvens. Men jämfört med solens ståtliga 4,6 miljarder år gamla "medelålders farbror" är stjärnan fortfarande en "ung kille" mindre än 2 miljarder år gammal. När man ställs inför en ung stjärna med mycket stark strålning, skulle det vara nästan omöjligt för någon planet av Neptunus storlek att låsa in sin yttre atmosfär av sin egen gravitation. Dess väte och helium borde ha tagits bort och lämnat den med en kal stenig kärna.
Titta direkt på grafen för planetradien och omloppsperioden, dess ordinata är planetradien (enhet: jordens radie), och dess abskissa är omloppsperioden (enhet: dag). Det kan ses att mycket nära stjärnan (omloppstiden är mycket kort) finns det i princip planeter som är en eller två gånger jordens radie; På lite större avstånd kan stora gasjättar vara stabila; Och de Neptunusliknande föremålen i mitten, de är för det mesta längre bort. Neptunusliknande föremål finns sällan i triangeln, så denna region är också känd som "Neptunusöknen".
Men planeten i fråga (pentagrammet på bilden) är ett av få exempel på en "Neptunusöken". Eftersom den är så nära sin stjärna har den en mycket liten omloppsbana och går runt stjärnan på 0.8 dagar, vilket betyder att ett "år" ovanför den bara varar i 19 timmar.
Så här nära stjärnan får planetens yttemperatur inte vara kall. Ja, dess jämviktstemperatur är nästan 2000K, vilket är nära yttemperaturen på en röd dvärg, så den kallas också Ultra-hot Neptunus. Så frågan är: hur kan en liten, gasformig planet, dominerad av väte och helium, hålla kvar sin atmosfär vid så extrema temperaturer?
Vissa forskare har spekulerat i att planeten kan ha varit en Jupjup-stor jätte innan den avlägsnades från sitt material av sin stjärna och lämnade den med en kropp lika stor som Neptunus. Men det är svårt för en gigantisk planet att förlora så mycket massa på kort tid med enbart stjärnvindar och varm bakning (lätt avdunstning). Så planeten kan också uppleva andra sätt att strömma ut material, som ett Roche Lobe Overflow (RLO).
Roche lobe overflow syftar här främst på fenomenet att när en gasjätteplanet kommer för nära stjärnan (som att gå in i stjärnans Roche-gräns), under inverkan av tidvattenkraften från stjärnan, planetens yttre gas expanderar bortom själva planetens Roche-lob, vilket resulterar i en stor förlust av planetmaterial.
Planeten kan nu vara i färd med att övergå från en jätteplanet till en stenig, tack vare en kombination av avdunstning från stjärnstrålning och en Loche-lobspillover från tidvattenkrafter. Varför processen är så långsam har varit förbryllande.
I en artikel som publicerades i oktober 2023 i tidskriften Monthly Royal Astronomical Transactions tittade forskare på röntgenstrålar från planetens värdstjärna med hjälp av rymdteleskopet XMM-Newton. De fann att stjärnan faktiskt var mycket mjukare än vi förväntade oss. Den har inte bara en ovanligt långsam rotation, utan de röntgenstrålar den avger är inte alls lika starka som förväntat, bara 15 gånger så starka som dess jämnåriga. Tja, jag trodde att han var en andepojke, men jag förväntade mig inte att vara en svag lärd. Svag stjärnstrålning kan vara en anledning till att planeten kan upprätthålla en atmosfär.
Nu är frågan: som en het Neptunus, vad förklarar dess 80 procent superhöga albedo? Gasplaneterna i vårt solsystem har i bästa fall 50 procent av Jupiters albedo. Med så hög reflektionsförmåga måste det finnas något speciellt med denna planet, och dess atmosfär kan dölja några hemligheter.
Lyckligtvis är planeten inte alltför långt borta (endast 264 ljusår), och med hjälp av rymdteleskop med infraröd kapacitet kan vi se vad som finns i dess atmosfär genom transmissionsspektrumet.
Astronomer använde Spitzer-, Hubble- och Webb-teleskop för att observera planetens atmosfär. Visst nog, förutom den förväntade sammansättningen av väte och helium, är atmosfären ovanligt hög i metaller, hundratals gånger rikligare än solen! Noggrann analys av spektrumet visade att molnen i atmosfären faktiskt var gjorda av silikater.
(* Inom astronomi kallas andra grundämnen än väte och helium tillsammans som metalliska grundämnen)
Silikater är i grunden saker som sten, sand och glas, och steniga planeter som jorden är i grunden gjorda av silikater. Beroende på sammansättningen är kokpunkten för silikater i allmänhet mer än två tusen grader (eller till och med mer än tusen grader för glas). Med tanke på planetens jämviktstemperatur på nästan 2,000 grader, skulle den verkligen kunna förångas om den hade någon sand på sig. Men det är inte allt. Förutom dessa silikater har forskare funnit att molnen även innehåller metallen titan. Med andra ord är planetens yta täckt med ett lager av "titanium sand moln", inte konstigt att reflektionsförmågan är så stark, tillsammans med hela planeten är en stor spegel.
Föreställ dig miljön: ett enormt eldklot som hänger på himlen, omgivet av moln av metallånga. När temperaturen är svalare kondenserar dessa tungmetallmoln till "regndroppar" och faller. Den flytande metallen avdunstas sedan igen vid höga temperaturer, och så vidare.
Ok, så för att sammanfatta: varför kunde denna planet vara i Neptunusöknen?
1. Även om den är nära sin stjärna är dess värdstjärna mycket svag i röntgenstrålar och dess stjärnvind är inte stark;
2. Metallhalten i planetens atmosfär är mycket hög, vilket gör hela dess atmosfär mycket tung och svår att blåsa bort;
3. Det höga albedot som orsakas av metallmolnet blockerar det mesta av stjärnans strålning, vilket också hindrar planeten från att överbaka.
Dessa skäl verkar rimliga än så länge, men mysteriet med denna superheta Neptunus är bara preliminärt löst. Det kan komma att observeras mer i detalj av JWST i framtiden, i hopp om att fler bevis kommer att hjälpa till att lösa mysteriet.
