Каменистая планета ярче или газовая? Самая яркая звезда Солнечной системы, как по видимой величине, так и по альбедо Бонда, конечно же, соседка Земли Венера. Как планета Венера намного ярче тех звезд, которые мы видим, и определенно является «самой яркой звездой ночного неба». Хотя самая яркая планета в нашей Солнечной системе — каменистая, этого нельзя сказать о внешней части Солнечной системы. Можете ли вы представить себе мир, окруженный облаками металлических паров и титановым дождем?
«Яркий лунный свет перед сном, подозрение на иней на земле». Мы знаем, что хотя луна и называется лунным светом, свет этот излучается не самой луной, а отражается солнечный свет. То же самое касается и планет. Хотя Луна выглядит яркой, во многом это потому, что она так близко к нам, а не потому, что она отражает свет. Альбедо Луны на самом деле очень низкое, всего около 10 процентов.
Наименее отражающей из восьми планет Солнечной системы является Меркурий, у которого, как и у Луны, нет атмосферы, с альбедо менее 9 процентов. Другие планеты не слишком отражают свет, если у них вообще есть атмосфера. Как и у Земли, ее альбедо примерно такое же, как у газообразных планет, около 30%. Юпитер немного больше, процентов на 50. Но у Венеры самое высокое альбедо. Благодаря плотной атмосфере и уникальным облакам из серной кислоты альбедо Венеры составляет 76 процентов! Так что можно сказать, что Венера — самый яркий объект на небе после Солнца и Луны.
Чтобы планета была «самой красивой», помимо внешнего вида (высокое альбедо), она также должна находиться достаточно близко к своей звезде. Венера, например, не только превосходит всех своих конкурентов по альбедо, но и находится в очень горячих отношениях с Солнцем, всего в 0,72 астрономических единицах от Солнца (3/4 расстояния от Земли). ), уступающий только Меркурию. Итак, самая яркая планета за пределами нашей Солнечной системы, она также должна находиться очень близко к своей родительской звезде.
Во 2019 астрономы обнаружили редкую планету под названием LTT 9779 b (TOI-193 b) рядом со звездой на расстоянии 264 световых лет от нас. По транзитному методу планета очень яркая, с альбедо на 80 процентов, выше, чем у Венеры. И действительно, она очень близка к своей родительской звезде, всего на 1/42 расстояния от Венеры до Солнца (0,017 астрономических единиц). Так близко к источнику света и с такой отражающей способностью, что вы можете себе представить, насколько ярким он должен быть.
Планета представляет собой газообразную планету с 29 земными массами и 4,6 земными радиусами. Учитывая его размер и плотность, он классифицируется как объект Нептуна. Этот объект редок не потому, что у него высокое альбедо или потому, что он является нептаноподобным объектом (треть всех подтвержденных экзопланет являются нептаноподобными объектами). Это редкость, потому что она находится слишком близко к своей родительской звезде, чтобы объект Нептун вообще мог здесь находиться!
Обычно планеты, пролетающие близко к своим звездам, представляют собой либо огромные газовые гиганты (такие как «горячие Юпитеры»), либо скалистые планеты размером с Землю. Потому что, если вы не плотский щит, как первый, вы будете съедены и лишены звездами за очень короткий промежуток времени (скажем, 100 миллионов лет), оставив у вас небольшое твердое ядро.
Особенно это касается молодых звезд. Например, родительская звезда планеты (LTT 9779), размер которой составляет около 80 процентов размера нашего Солнца, также является звездой G-последовательности. Но по сравнению с величественным «дядей средних лет» Солнца, которому 4,6 миллиарда лет, звезда все еще «молодой парень» возрастом менее 2 миллиардов лет. Столкнувшись с молодой звездой с очень сильным излучением, любой планете размером с Нептун будет практически невозможно запереть внешнюю атмосферу своей собственной гравитацией. Его водород и гелий должны были быть удалены, оставив после себя голое каменное ядро.
Посмотрите непосредственно на график радиуса планеты и периода обращения, его ордината — радиус планеты (единица измерения: радиус Земли), а абсцисса — период обращения (единица измерения: сутки). Видно, что очень близко к звезде (период обращения очень короток) находятся в основном планеты, радиус которых в один или два раза превышает радиус Земли; На несколько больших расстояниях крупные газовые гиганты могут быть стабильными; А объекты, похожие на Нептун, в центре, они в основном находятся дальше. В треугольнике редко встречаются объекты, похожие на Нептун, поэтому этот регион еще называют «пустыней Нептуна».
Но рассматриваемая планета (пентаграмма на снимке) — один из немногих примеров «нептуновой пустыни». Поскольку он находится так близко к своей звезде, он имеет очень маленькую орбиту, оборачиваясь вокруг звезды за 0,8 дней, а это означает, что «год» над ним длится всего 19 часов.
Так близко к звезде температура поверхности планеты не должна быть низкой. Да, его равновесная температура составляет около 2000К, что близко к температуре поверхности красного карлика, поэтому его еще называют сверхгорячим Нептуном. Итак, вопрос в том, как может крошечная газообразная планета, на которой преобладают водород и гелий, удерживать свою атмосферу при таких экстремальных температурах?
Некоторые ученые предполагают, что планета, возможно, была гигантом размером с Юпджуп, прежде чем ее звезда лишила ее материала, оставив ей тело размером с Нептун. Но планете-гиганту сложно потерять столько массы за короткий промежуток времени только за счет звездных ветров и горячего обжига (испарения света). Таким образом, на планете также могут наблюдаться другие способы истечения материала, такие как переполнение доли Роша (RLO).
Переполнение полости Роша здесь главным образом относится к явлению, когда газовая планета-гигант приближается к звезде слишком близко (например, входит в предел Роша звезды), под действием приливной силы звезды внешний газ планеты расширяется за пределы полости Роша самой планеты, что приводит к большой потере планетарного материала.
Возможно, сейчас планета находится в процессе перехода от гигантской планеты к каменистой благодаря сочетанию испарения звездной радиации и перелива в полость Лоша из-за приливных сил. Почему этот процесс настолько медленный, остается загадкой.
В статье, опубликованной в октябре 2023 года в журнале Monthly Royal Astronomical Transactions, исследователи изучили рентгеновские лучи родительской звезды планеты с помощью космического телескопа XMM-Newton. Они обнаружили, что звезда на самом деле оказалась намного мягче, чем мы ожидали. Мало того, что он имеет необычно медленное вращение, но и излучаемые им рентгеновские лучи далеко не так сильны, как ожидалось, всего в 15 раз сильнее, чем у его собратьев. Ну, я думал, что он мальчик-призрак, но не ожидал, что окажусь слабым учёным. Слабое звездное излучение может быть одной из причин, по которой планета способна поддерживать атмосферу.
Теперь вопрос: как горячий Нептун, чем объясняется его сверхвысокое альбедо в 80 процентов? Газовые планеты нашей солнечной системы имеют в лучшем случае 50-процентное альбедо Юпитера. Учитывая такую высокую отражательную способность, в этой планете должно быть что-то особенное, а ее атмосфера может скрывать некоторые секреты.
К счастью, планета находится не так уж далеко (всего 264 световых года), и с помощью космических телескопов с инфракрасными возможностями мы можем увидеть, что находится в ее атмосфере, через спектр пропускания.
Астрономы использовали телескопы «Спитцер», «Хаббл» и «Уэбб» для наблюдения за атмосферой планеты. И действительно, помимо ожидаемого состава водорода и гелия, атмосфера необычайно богата металлами, которых в сотни раз больше, чем на Солнце! Тщательный анализ спектра показал, что облака в атмосфере на самом деле состоят из силикатов.
(* В астрономии элементы, кроме водорода и гелия, вместе называются металлическими элементами.)
Силикаты — это, по сути, такие вещества, как камень, песок и стекло, а каменистые планеты, такие как Земля, в основном состоят из силикатов. В зависимости от состава температура кипения силикатов обычно превышает две тысячи градусов (а для стекла даже более тысячи градусов). Учитывая, что равновесная температура планеты составляет почти 2,000 градуса, она действительно могла бы испариться, если бы на ней был песок. Но это еще не все. Помимо этих силикатов, ученые обнаружили, что облака также содержат металлический титан. Другими словами, поверхность планеты покрыта слоем «облака титанового песка», неудивительно, что способность отражения настолько сильна, ведь вся планета представляет собой большое зеркало.
Представьте себе окружающую обстановку: огромный огненный шар, висящий в небе, окруженный облаками металлического пара. Когда температура ниже, эти облака тяжелых металлов конденсируются в «капли дождя» и падают. Затем жидкий металл снова испаряется при высоких температурах и так далее.
Хорошо, подведем итог: почему эта планета могла находиться в пустыне Нептуна?
1. Хотя он и близок к своей звезде, его родительская звезда очень слаба в рентгеновских лучах и ее звездный ветер не силен;
2. Содержание металлов в атмосфере планеты очень велико, что делает всю ее атмосферу очень тяжелой и трудно сдуваемой;
3. Высокое альбедо, вызванное металлическим облаком, блокирует большую часть излучения звезды, что также предотвращает перегрев планеты.
Эти причины пока кажутся правдоподобными, но тайна этого сверхгорячего Нептуна раскрыта лишь предварительно. JWST может наблюдать его более подробно в будущем в надежде, что больше доказательств поможет разгадать тайну.
