El planeta rocós és més brillant o el planeta gasós més brillant? L'estrella més brillant del sistema solar, tant pel que fa a la magnitud aparent com a l'albedo de Bond, és, per descomptat, la veïna de la Terra, Venus. Com a planeta, Venus és molt més brillant que aquestes estrelles al nostre punt de vista, i és sens dubte l'"estrella més brillant del cel nocturn". Tot i que el planeta més brillant del nostre sistema solar és rocós, no es pot dir el mateix del sistema solar exterior. Us imagineu un món amb núvols de vapor metàl·lic i pluja de titani al seu voltant?
"Llum de lluna brillant abans de dormir, sospita de gelada a terra". Sabem que encara que la lluna s'anomena llum de lluna, aquesta llum no és emesa per la mateixa lluna, sinó la llum solar reflectida. El mateix passa amb els planetes. Tot i que la lluna sembla brillant, això és en gran part perquè està tan a prop de nosaltres, no perquè reflecteixi la llum. L'albedo de la lluna és realment molt baix, només un 10 per cent.
El que menys reflecteix els vuit planetes del sistema solar és Mercuri, que, com la Lluna, no té atmosfera, amb un albedo inferior al 9 per cent. Altres planetes no són massa reflectants si tenen una atmosfera. Igual que la Terra, el seu albedo és aproximadament el mateix que el dels planetes gasosos, al voltant del 30%. Júpiter és una mica més gran, un 50 per cent. Però Venus té l'albedo més alt. Gràcies a la seva atmosfera espessa i als núvols d'àcid sulfúric únics, Venus té un albedo del 76 per cent! Així doncs, es pot dir que Venus és l'objecte més brillant del cel després del sol i la lluna.
Perquè un planeta sigui “el més bonic”, a més del seu aspecte (albedo alt), també ha d'estar prou a prop de la seva estrella. Venus, per exemple, no només elimina tots els seus competidors en albedo, sinó que també té una relació molt calenta amb el sol, a només 0,72 unitats astronòmiques de distància del Sol (3/4 de la distància de la Terra). ), només per darrere de Mercuri. Per tant, el planeta més brillant fora del nostre sistema solar, també ha d'estar molt a prop de la seva estrella hoste.
El 2019, els astrònoms van descobrir un planeta rar anomenat LTT 9779 b (TOI-193 b) al costat d'una estrella a 264 anys llum de distància. Segons el mètode de trànsit, el planeta és molt brillant, amb un albedo del 80 per cent, més alt que Venus. I, efectivament, està molt a prop de la seva estrella amfitriona, només 1/42 de la distància de Venus al Sol (0,017 unitats astronòmiques). Tan a prop de la font de llum i tan reflectant, us podeu imaginar com de brillant ha de ser.
El planeta és un planeta gasós amb 29 masses terrestres i 4,6 radis terrestres. Donada la seva mida i densitat, es classifica com un objecte de Neptú. Aquest objecte és rar no perquè tingui un albedo elevat o perquè sigui un objecte semblant al neptà (un terç de tots els exoplanetes confirmats són objectes semblants al neptà). És rar perquè està massa a prop de la seva estrella amfitriona perquè un objecte de Neptú estigui aquí!
Normalment, els planetes que volen a prop de les seves estrelles són grans gegants gasosos (com ara "Júpiters calents") o planetes rocosos de la mida de la Terra. Perquè si no ets un escut de carn com l'anterior, les estrelles se't menjaran i despullaran en molt poc temps (per exemple, 100 milions d'anys), deixant-te un petit nucli sòlid.
Això és especialment cert quan es tracta d'estrelles joves. Per exemple, l'estrella amfitriona del planeta (LTT 9779), que és al voltant del 80 per cent de la mida del nostre sol, també és una estrella de seqüència G. Però en comparació amb el majestuós "oncle de mitjana edat" del sol de 4.600 milions d'anys, l'estrella encara és un "noi jove" de menys de 2.000 milions d'anys. Quan s'enfrontés a una estrella jove amb una radiació molt forta, seria gairebé impossible que qualsevol planeta de la mida de Neptú s'enganxés a la seva atmosfera exterior per la seva pròpia gravetat. El seu hidrogen i heli s'haurien d'haver eliminat, deixant-lo amb un nucli rocós nu.
Mireu directament la gràfica de radi planetari i període orbital, la seva ordenada és el radi planetari (unitat: radi terrestre), i la seva abscissa és el període orbital (unitat: dia). Es pot veure que molt a prop de l'estrella (el període orbital és molt curt), bàsicament hi ha planetes una o dues vegades el radi de la Terra; A distàncies una mica més grans, els grans gegants gasosos poden ser estables; I els objectes semblants a Neptú al mig, la majoria estan més lluny. Poques vegades es troben objectes semblants a Neptú al triangle, de manera que aquesta regió també es coneix com el "desert de Neptú".
Però el planeta en qüestió (el pentagrama de la imatge) és un dels pocs exemples de "desert de Neptú". Com que està tan a prop de la seva estrella, té una òrbita molt petita, gira al voltant de l'estrella en 0,8 dies, la qual cosa significa que un "any" per sobre d'ella només dura 19 hores.
Tan a prop de l'estrella, la temperatura de la superfície del planeta no ha de ser freda. Sí, la seva temperatura d'equilibri és de gairebé 2000K, que és propera a la temperatura superficial d'una nana vermella, per la qual cosa també s'anomena Neptú ultracalent. Per tant, la pregunta és: com pot un planeta minúscul i gasós, dominat per hidrogen i heli, mantenir la seva atmosfera a temperatures tan extremes?
Alguns científics han especulat que el planeta podria haver estat un gegant de la mida de Jupjup abans de ser despullat del seu material per la seva estrella, deixant-lo amb un cos de la mida de Neptú. Però és difícil que un planeta gegant perdi tanta massa en un curt període de temps només amb vents estel·lars i cocció calenta (evaporació lleugera). Per tant, el planeta també pot estar experimentant altres maneres de sortir de material, com ara un desbordament del lòbul de Roche (RLO).
El desbordament del lòbul de Roche es refereix principalment al fenomen que quan un planeta gegant gasós s'acosta massa a l'estrella (com ara entrar al límit de Roche de l'estrella), sota l'acció de la força de marea de l'estrella, el gas exterior del planeta. s'expandeix més enllà del lòbul de Roche del mateix planeta, donant lloc a una gran pèrdua de material planetari.
El planeta pot estar ara en procés de transició d'un planeta gegant a un de rocós, gràcies a una combinació de l'evaporació de la radiació estel·lar i un vessament del lòbul Loche de les forces de marea. El motiu pel qual el procés és tan lent ha estat desconcertant.
En un article publicat l'octubre de 2023 a la revista Monthly Royal Astronomical Transactions, els investigadors van examinar els raigs X de l'estrella amfitriona del planeta mitjançant el telescopi espacial XMM-Newton. Van descobrir que l'estrella era realment molt més suau del que esperàvem. No només té una rotació inusualment lenta, sinó que els raigs X que emet no són tan forts com s'esperava, només 15 vegades més forts que els seus companys. Bé, pensava que era un noi esperit, però no esperava ser un erudit feble. La radiació estel·lar feble pot ser una de les raons per les quals el planeta és capaç de mantenir una atmosfera.
Ara la pregunta és: com a Neptú calent, què explica el seu albedo superalt del 80%? Els planetes gasosos del nostre sistema solar tenen, en el millor dels casos, un 50 per cent de l'albedo de Júpiter. Amb una reflectivitat tan alta, hi ha d'haver alguna cosa especial en aquest planeta, i la seva atmosfera pot amagar alguns secrets.
Afortunadament, el planeta no està massa lluny (només 264 anys llum), i amb l'ajuda de telescopis espacials amb capacitats infrarojes, podem veure què hi ha a la seva atmosfera a través de l'espectre de transmissió.
Els astrònoms van utilitzar telescopis Spitzer, Hubble i Webb per observar l'atmosfera del planeta. Segurament, a més de la composició esperada d'hidrogen i heli, l'atmosfera és inusualment alta en metalls, centenars de vegades més abundant que el sol! Una anàlisi acurada de l'espectre va revelar que els núvols de l'atmosfera en realitat estaven fets de silicats.
(* En astronomia, els elements diferents de l'hidrogen i l'heli s'anomenen conjuntament elements metàl·lics)
Els silicats són bàsicament coses com la pedra, la sorra i el vidre, i els planetes rocosos com la Terra estan fets bàsicament de silicats. Depenent de la composició, el punt d'ebullició dels silicats és generalment superior a dos mil graus (o fins i tot més de mil graus per al vidre). Donada la temperatura d'equilibri del planeta de gairebé 2,000 graus, realment es podria vaporitzar si hi hagués sorra. Però això no és tot. A més d'aquests silicats, els científics han descobert que els núvols també contenen el titani metàl·lic. En altres paraules, la superfície del planeta està coberta amb una capa de "núvol de sorra de titani", no és estrany que la capacitat de reflexió sigui tan forta, juntament amb tot el planeta és un gran mirall.
Imagineu l'entorn: una enorme bola de foc penjada al cel, envoltada de núvols de vapor metàl·lic. Quan la temperatura és més fresca, aquests núvols de metalls pesants es condensen en "gotes de pluja" i cauen. A continuació, el metall líquid s'evapora de nou a altes temperatures, i així successivament.
D'acord, per resumir: per què aquest planeta podria estar al desert de Neptú?
1. Encara que està a prop de la seva estrella, la seva estrella amfitriona és molt feble als raigs X i el seu vent estel·lar no és fort;
2. El contingut metàl·lic de l'atmosfera del planeta és molt elevat, la qual cosa fa que tota la seva atmosfera sigui molt pesada i difícil de volar;
3. L'alt albedo provocat pel núvol metàl·lic bloqueja la major part de la radiació de l'estrella, la qual cosa també evita que el planeta s'excés de cocció.
Aquestes raons semblen plausibles fins ara, però el misteri d'aquest Neptú súper calent només s'ha resolt provisionalment. El JWST pot observar-ho amb més detall en el futur, amb l'esperança que més proves ajudin a resoldre el misteri.
