Er klippeplaneten lysere eller gasplaneten lysere? Den klareste stjerne i solsystemet, hvad angår både tilsyneladende størrelse og Bond-albedo, er naturligvis Jordens nabo Venus. Som planet er Venus langt lysere end disse stjerner efter vores opfattelse, og er absolut den "klareste stjerne på nattehimlen." Mens den lyseste planet i vores solsystem er en stenet, kan det samme ikke siges om det ydre solsystem. Kan du forestille dig en verden med skyer af metaldamp og titaniumregn omkring sig?
"Klart måneskin før sengetid, mistanke om frost på jorden". Vi ved, at selvom månen kaldes måneskin, udsendes dette lys ikke af månen selv, men reflekteret sollys. Det samme gælder for planeter. Selvom månen ser lys ud, er det i høj grad fordi den er så tæt på os, ikke fordi den reflekterer lys. Månens albedo er faktisk meget lav, kun omkring 10 procent.
Den mindst reflekterende af solsystemets otte planeter er Merkur, der ligesom månen mangler en atmosfære med en albedo på mindre end 9 procent. Andre planeter er ikke for reflekterende, hvis de overhovedet har en atmosfære. Ligesom Jorden er dens albedo omtrent den samme som de gasformige planeter, omkring 30%. Jupiter er lidt større, 50 pct. Men Venus har den højeste albedo. Takket være sin tykke atmosfære og unikke svovlsyreskyer har Venus en albedo på 76 procent! Så det kan siges, at Venus er det lyseste objekt på himlen efter solen og månen.
For at en planet skal være "den smukkeste", skal den udover dens udseende (høj albedo) også være tæt nok på sin stjerne. Venus, for eksempel, blæser ikke kun alle sine konkurrenter væk i albedo, men den er også i et meget varmt forhold til solen, kun 0.72 astronomiske enheder væk fra Solen (3/4 af afstanden fra Jorden) ), kun næst efter Merkur. Så den lyseste planet uden for vores solsystem, den skal også være meget tæt på sin værtsstjerne.
I 2019 opdagede astronomer en sjælden planet kaldet LTT 9779 b (TOI-193 b) ved siden af en stjerne 264 lysår væk. Ifølge transitmetoden er planeten meget lys, med en albedo på 80 procent, højere end Venus. Og ganske vist er den meget tæt på sin værtsstjerne, kun 1/42 af afstanden fra Venus til Solen (0,017 astronomiske enheder). Så tæt på lyskilden og så reflekterende, kan du forestille dig, hvor lyst det skal være.
Planeten er en gasformig planet med 29 jordmasser og 4,6 jordradier. På grund af dens størrelse og tæthed er det klassificeret som et Neptunes-objekt. Dette objekt er sjældent, ikke fordi det har en høj albedo, eller fordi det er et neptanlignende objekt (en tredjedel af alle bekræftede exoplaneter er neptanlignende objekter). Det er sjældent, fordi det er for tæt på sin værtsstjerne til, at et Neptun-objekt overhovedet kan være her!
Normalt er planeter, der flyver tæt på deres stjerner, enten enorme gasgiganter (såsom "varme Jupiters") eller klippeplaneter på størrelse med Jorden. For hvis du ikke er et kødskjold som det tidligere, vil du blive spist og strippet af stjernerne i løbet af meget kort tid (f.eks. 100 millioner år), hvilket efterlader dig med en lille solid kerne.
Det gælder især, når det kommer til unge stjerner. For eksempel er planetens værtsstjerne (LTT 9779), som er omkring 80 procent på størrelse med vores sol, også en stjerne i G-sekvensen. Men sammenlignet med solens statelige 4,6 milliarder år gamle "midaldrende onkel" er stjernen stadig en "ung fyr" mindre end 2 milliarder år gammel. Når man står over for en ung stjerne med meget stærk stråling, ville det være næsten umuligt for enhver planet på størrelse med Neptun at låse sin ydre atmosfære inde ved sin egen tyngdekraft. Dens brint og helium skulle være blevet fjernet og efterladt den med en bar stenet kerne.
Se direkte på grafen for planetradius og omløbsperiode, dens ordinat er planetradius (enhed: Jordens radius), og dens abscisse er omløbsperioden (enhed: dag). Det kan ses, at meget tæt på stjernen (omløbsperioden er meget kort), er der grundlæggende planeter en eller to gange Jordens radius; På lidt større afstande kan store gasgiganter være stabile; Og de Neptun-lignende objekter i midten, de er for det meste længere væk. Neptun-lignende objekter findes sjældent i trekanten, så denne region er også kendt som "Neptun-ørkenen".
Men den pågældende planet (pentagrammet på billedet) er et af de få eksempler på en "Neptun-ørken". Fordi den er så tæt på sin stjerne, har den en meget lille bane, der går rundt om stjernen på 0.8 dage, hvilket betyder, at et "år" over den kun varer 19 timer.
Så tæt på stjernen må planetens overfladetemperatur ikke være kølig. Ja, dens ligevægtstemperatur er næsten 2000K, hvilket er tæt på overfladetemperaturen på en rød dværg, så den kaldes også Ultra-hot Neptun. Så spørgsmålet er: hvordan kan en lillebitte, gasformig planet, domineret af brint og helium, holde på sin atmosfære ved så ekstreme temperaturer?
Nogle videnskabsmænd har spekuleret i, at planeten kan have været en kæmpe på størrelse med Jupjup, før den blev frataget sit materiale af sin stjerne og efterlod den med en krop på størrelse med Neptun. Men det er svært for en gigantisk planet at miste så meget masse på kort tid alene med stjernevinde og varm bagning (let fordampning). Så planeten kan også opleve andre måder at flyde materiale ud på, såsom en Roche Lobe Overflow (RLO).
Roche lobe overflow refererer her hovedsageligt til det fænomen, at når en gasgigantplanet kommer for tæt på stjernen (såsom at komme ind i stjernens Roche-grænse), under påvirkning af stjernens tidevandskraft, planetens ydre gas udvider sig ud over Roche-loben af selve planeten, hvilket resulterer i et stort tab af planetarisk materiale.
Planeten kan nu være i færd med at skifte fra en gigantisk planet til en stenet, takket være en kombination af fordampning fra stjernestråling og en Loche-lob-afsmitning fra tidevandskræfter. Hvorfor processen er så langsom, har været gådefuldt.
I et papir offentliggjort i oktober 2023 i tidsskriftet Monthly Royal Astronomical Transactions, så forskere på røntgenstråler fra planetens værtsstjerne ved hjælp af XMM-Newton rumteleskopet. De fandt ud af, at stjernen faktisk var meget blødere, end vi havde forventet. Ikke alene har den en usædvanlig langsom rotation, men de røntgenstråler, den udsender, er ikke nær så stærke som forventet, kun 15 gange så stærke som dens jævnaldrende. Nå, jeg troede, han var en åndsdreng, men jeg forventede ikke at være en svag lærd. Svag stjernestråling kan være en af grundene til, at planeten er i stand til at opretholde en atmosfære.
Nu er spørgsmålet: som en varm Neptun, hvad forklarer dens 80 procent superhøje albedo? Gasplaneterne i vores solsystem har i bedste fald 50 procent af Jupiters albedo. Med så høj reflektivitet må der være noget særligt ved denne planet, og dens atmosfære skjuler muligvis nogle hemmeligheder.
Heldigvis er planeten ikke for langt væk (kun 264 lysår), og ved hjælp af rumteleskoper med infrarøde muligheder kan vi se, hvad der er i dens atmosfære gennem transmissionsspektret.
Astronomer brugte Spitzer-, Hubble- og Webb-teleskoper til at observere planetens atmosfære. Sikkert nok, ud over den forventede sammensætning af brint og helium, er atmosfæren usædvanlig høj i metaller, hundredvis af gange mere rigelig end solen! Omhyggelig analyse af spektret afslørede, at skyerne i atmosfæren faktisk var lavet af silikater.
(* I astronomi omtales andre grundstoffer end brint og helium tilsammen som metalliske grundstoffer)
Silikater er dybest set ting som sten, sand og glas, og klippeplaneter som Jorden er dybest set lavet af silikater. Afhængigt af sammensætningen er kogepunktet for silikater generelt mere end to tusinde grader (eller endda mere end tusind grader for glas). I betragtning af planetens ligevægtstemperatur på næsten 2,000 grader, kunne den virkelig blive fordampet, hvis den havde sand på den. Men det er ikke alt. Ud over disse silikater har forskere fundet ud af, at skyerne også indeholder metallet titanium. Med andre ord er planetens overflade dækket af et lag af "titanium sand sky", ikke underligt at reflektionsevnen er så stærk, sammen med hele planeten er et stort spejl.
Forestil dig miljøet: en enorm ildkugle hængende på himlen, omgivet af skyer af metaldamp. Når temperaturen er køligere, kondenserer disse tungmetalskyer til "regndråber" og falder. Det flydende metal fordampes derefter igen ved høje temperaturer, og så videre.
Ok, så for at opsummere: hvorfor kunne denne planet være i Neptun-ørkenen?
1. Selvom den er tæt på sin stjerne, er dens værtsstjerne meget svag i røntgenstråler, og dens stjernevind er ikke stærk;
2. Metalindholdet i planetens atmosfære er meget højt, hvilket gør hele dens atmosfære meget tung og svær at blæse væk;
3. Den høje albedo forårsaget af metalskyen blokerer det meste af stjernens stråling, hvilket også forhindrer planeten i at overbage.
Disse grunde virker plausible indtil videre, men mysteriet om denne supervarme Neptun er kun foreløbigt løst. Det kan blive observeret mere detaljeret af JWST i fremtiden i håb om, at flere beviser vil hjælpe med at løse mysteriet.
