Είναι ο βραχώδης πλανήτης πιο φωτεινός ή ο πλανήτης του αερίου πιο φωτεινός; Το λαμπρότερο αστέρι στο ηλιακό σύστημα, όσον αφορά τόσο το φαινομενικό μέγεθος όσο και το Bond albedo, είναι φυσικά η γειτονική Αφροδίτη της Γης. Ως πλανήτης, η Αφροδίτη είναι πολύ πιο φωτεινή από αυτά τα αστέρια κατά την άποψή μας, και είναι σίγουρα το "λαμπρότερο αστέρι στον νυχτερινό ουρανό". Ενώ ο φωτεινότερος πλανήτης του ηλιακού μας συστήματος είναι βραχώδης, δεν μπορούμε να πούμε το ίδιο για το εξωτερικό ηλιακό σύστημα. Μπορείτε να φανταστείτε έναν κόσμο με σύννεφα μεταλλικών ατμών και βροχή τιτανίου γύρω του;
«Φωτεινό φως του φεγγαριού πριν τον ύπνο, υποψία παγετού στο έδαφος». Γνωρίζουμε ότι αν και το φεγγάρι ονομάζεται φως του φεγγαριού, αυτό το φως δεν εκπέμπεται από το ίδιο το φεγγάρι, αλλά το αντανακλώμενο φως του ήλιου. Το ίδιο ισχύει και για τους πλανήτες. Αν και το φεγγάρι φαίνεται λαμπερό, αυτό οφείλεται σε μεγάλο βαθμό επειδή είναι τόσο κοντά μας, όχι επειδή αντανακλά το φως. Το άλμπεδο του φεγγαριού είναι στην πραγματικότητα πολύ χαμηλό, μόνο περίπου 10 τοις εκατό.
Ο λιγότερο ανακλαστικός από τους οκτώ πλανήτες του ηλιακού συστήματος είναι ο Ερμής, ο οποίος, όπως και το φεγγάρι, στερείται ατμόσφαιρας, με αλμπέντο μικρότερο από 9 τοις εκατό. Άλλοι πλανήτες δεν είναι πολύ αντανακλαστικοί αν έχουν καθόλου ατμόσφαιρα. Όπως και η Γη, το άλμπεντό της είναι περίπου το ίδιο με αυτό των αέριων πλανητών, περίπου 30%. Ο Δίας είναι λίγο μεγαλύτερος, 50 τοις εκατό. Αλλά η Αφροδίτη έχει το υψηλότερο άλμπεδο. Χάρη στην παχιά ατμόσφαιρά της και τα μοναδικά σύννεφα θειικού οξέος, η Αφροδίτη έχει αλμπέντο 76 τοις εκατό! Έτσι, μπορούμε να πούμε ότι η Αφροδίτη είναι το φωτεινότερο αντικείμενο στον ουρανό μετά τον ήλιο και τη σελήνη.
Για να είναι ένας πλανήτης «ο πιο όμορφος», εκτός από την εμφάνισή του (υψηλό αλβέντο), πρέπει να βρίσκεται και αρκετά κοντά στο αστέρι του. Η Αφροδίτη, για παράδειγμα, όχι μόνο εκτοξεύει όλους τους ανταγωνιστές της στο albedo, αλλά είναι επίσης σε μια πολύ καυτή σχέση με τον ήλιο, μόλις 0.72 αστρονομικές μονάδες μακριά από τον Ήλιο (3/4 της απόστασης από τη Γη ), δεύτερος μόνο μετά τον Ερμή. Έτσι, ο φωτεινότερος πλανήτης έξω από το ηλιακό μας σύστημα, πρέπει επίσης να βρίσκεται πολύ κοντά στο άστρο υποδοχής του.
Το 2019, οι αστρονόμοι ανακάλυψαν έναν σπάνιο πλανήτη που ονομάζεται LTT 9779 b (TOI-193 b) δίπλα σε ένα αστέρι 264 έτη φωτός μακριά. Σύμφωνα με τη μέθοδο διέλευσης, ο πλανήτης είναι πολύ φωτεινός, με άλμπεντο 80 τοις εκατό, υψηλότερο από την Αφροδίτη. Και σίγουρα, είναι πολύ κοντά στο άστρο που φιλοξενεί, μόνο το 1/42 της απόστασης από την Αφροδίτη στον Ήλιο (0,017 αστρονομικές μονάδες). Τόσο κοντά στην πηγή φωτός και τόσο ανακλαστικό, μπορείτε να φανταστείτε πόσο φωτεινό πρέπει να είναι.
Ο πλανήτης είναι ένας αέριος πλανήτης με 29 γήινες μάζες και 4,6 γήινες ακτίνες. Λόγω του μεγέθους και της πυκνότητάς του, ταξινομείται ως αντικείμενο του Ποσειδώνα. Αυτό το αντικείμενο είναι σπάνιο όχι επειδή έχει υψηλό άλμπεδο ή επειδή είναι αντικείμενο που μοιάζει με Πεπτάνιο (το ένα τρίτο όλων των επιβεβαιωμένων εξωπλανητών είναι αντικείμενα που μοιάζουν με νεπτάνιο). Είναι σπάνιο, επειδή είναι πολύ κοντά στο άστρο υποδοχής του για ένα αντικείμενο του Ποσειδώνα να είναι καθόλου εδώ!
Κανονικά, οι πλανήτες που πετούν κοντά στα αστέρια τους είναι είτε τεράστιοι αέριοι γίγαντες (όπως οι «καυτές Δίες») ή βραχώδεις πλανήτες περίπου στο μέγεθος της Γης. Γιατί αν δεν είστε ασπίδα σάρκας όπως η πρώτη, θα σας φάνε και θα σας γδυθούν τα αστέρια σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα (ας πούμε, 100 εκατομμύρια χρόνια), αφήνοντάς σας έναν μικρό συμπαγή πυρήνα.
Αυτό ισχύει ιδιαίτερα όταν πρόκειται για νεαρούς σταρ. Για παράδειγμα, το αστέρι ξενιστής του πλανήτη (LTT 9779), το οποίο έχει περίπου το 80 τοις εκατό του μεγέθους του ήλιου μας, είναι επίσης ένα αστέρι της ακολουθίας G. Αλλά σε σύγκριση με τον επιβλητικό «μεσόκοπο θείο» του ήλιου, ηλικίας 4,6 δισεκατομμυρίων ετών, το αστέρι εξακολουθεί να είναι ένας «νεαρός τύπος» ηλικίας μικρότερης των 2 δισεκατομμυρίων ετών. Όταν βρισκόμαστε αντιμέτωποι με ένα νεαρό αστέρι με πολύ ισχυρή ακτινοβολία, θα ήταν σχεδόν αδύνατο για οποιονδήποτε πλανήτη στο μέγεθος του Ποσειδώνα να εγκλωβιστεί στην εξωτερική του ατμόσφαιρα με τη δική του βαρύτητα. Το υδρογόνο και το ήλιο του θα έπρεπε να είχαν αφαιρεθεί, αφήνοντάς του έναν γυμνό βραχώδη πυρήνα.
Κοιτάξτε απευθείας το γράφημα της πλανητικής ακτίνας και της περιόδου τροχιάς, η τεταγμένη του είναι η πλανητική ακτίνα (μονάδα: ακτίνα της Γης) και η τετμημένη του είναι η τροχιακή περίοδος (μονάδα: ημέρα). Μπορεί να φανεί ότι πολύ κοντά στο αστέρι (η περίοδος της τροχιάς είναι πολύ μικρή), υπάρχουν βασικά πλανήτες μία ή δύο φορές μεγαλύτερη από την ακτίνα της Γης. Σε ελαφρώς μεγαλύτερες αποστάσεις, οι μεγάλοι γίγαντες αερίου μπορούν να είναι σταθεροί. Και τα αντικείμενα που μοιάζουν με τον Ποσειδώνα στη μέση, είναι κυρίως πιο μακριά. Αντικείμενα που μοιάζουν με τον Ποσειδώνα σπάνια βρίσκονται στο τρίγωνο, επομένως αυτή η περιοχή είναι επίσης γνωστή ως «έρημος του Ποσειδώνα».
Αλλά ο εν λόγω πλανήτης (το πεντάγραμμο στην εικόνα) είναι ένα από τα λίγα παραδείγματα «ερήμου Ποσειδώνα». Επειδή είναι τόσο κοντά στο αστέρι του, έχει μια πολύ μικρή τροχιά, γυρνώντας γύρω από το αστέρι σε 0.8 ημέρες, που σημαίνει ότι ένα "έτος" πάνω από αυτό διαρκεί μόνο 19 ώρες.
Όσο κοντά στο αστέρι, η θερμοκρασία της επιφάνειας του πλανήτη δεν πρέπει να είναι δροσερή. Ναι, η θερμοκρασία ισορροπίας του είναι σχεδόν 2000 Κ, που είναι κοντά στη θερμοκρασία της επιφάνειας ενός κόκκινου νάνου, γι' αυτό ονομάζεται επίσης Υπερκαυτός Ποσειδώνας. Το ερώτημα λοιπόν είναι: πώς μπορεί ένας μικροσκοπικός, αέριος πλανήτης, στον οποίο κυριαρχούν το υδρογόνο και το ήλιο, να κρατήσει την ατμόσφαιρά του σε τόσο ακραίες θερμοκρασίες;
Μερικοί επιστήμονες έχουν υποθέσει ότι ο πλανήτης μπορεί να ήταν ένας γίγαντας στο μέγεθος Jupjup πριν αφαιρεθεί από το υλικό του από το αστέρι του, αφήνοντάς του ένα σώμα στο μέγεθος του Ποσειδώνα. Αλλά είναι δύσκολο για έναν γιγάντιο πλανήτη να χάσει τόση μάζα σε σύντομο χρονικό διάστημα μόνο με αστρικούς ανέμους και ζεστό ψήσιμο (ελαφριά εξάτμιση). Έτσι, ο πλανήτης μπορεί επίσης να αντιμετωπίζει άλλους τρόπους εκροής υλικού, όπως μια υπερχείλιση λοβού Roche (RLO).
Η υπερχείλιση του λοβού της Roche εδώ αναφέρεται κυρίως στο φαινόμενο ότι όταν ένας γίγαντας αερίου πλησιάζει πολύ κοντά στο αστέρι (όπως η είσοδος στο όριο Roche του άστρου), υπό τη δράση της παλιρροιακής δύναμης του άστρου, του εξωτερικού αερίου του πλανήτη επεκτείνεται πέρα από τον λοβό Roche του ίδιου του πλανήτη, με αποτέλεσμα μεγάλη απώλεια πλανητικού υλικού.
Ο πλανήτης μπορεί τώρα να βρίσκεται στη διαδικασία μετάβασης από έναν γιγάντιο πλανήτη σε έναν βραχώδη, χάρη στον συνδυασμό της εξάτμισης από την αστρική ακτινοβολία και μιας διάχυσης του λοβού Loche από τις παλιρροϊκές δυνάμεις. Το γιατί η διαδικασία είναι τόσο αργή ήταν μπερδεμένο.
Σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε τον Οκτώβριο του 2023 στο περιοδικό Monthly Royal Astronomical Transactions, οι ερευνητές εξέτασαν ακτίνες Χ από το άστρο υποδοχής του πλανήτη χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο XMM-Newton. Βρήκαν ότι το αστέρι ήταν στην πραγματικότητα πολύ πιο μαλακό από ό,τι περιμέναμε. Όχι μόνο έχει μια ασυνήθιστα αργή περιστροφή, αλλά οι ακτίνες Χ που εκπέμπει δεν είναι τόσο ισχυρές όσο αναμενόταν, μόνο 15 φορές πιο ισχυρές από τις αντίστοιχες του. Λοιπόν, νόμιζα ότι ήταν ένα πνευματικό αγόρι, αλλά δεν περίμενα να είμαι αδύναμος λόγιος. Η ασθενής αστρική ακτινοβολία μπορεί να είναι ένας λόγος που ο πλανήτης είναι σε θέση να διατηρήσει μια ατμόσφαιρα.
Τώρα το ερώτημα είναι: ως ένας καυτός Ποσειδώνας, τι εξηγεί το 80 τοις εκατό υπερυψηλό άλμπεδο του; Οι αέριοι πλανήτες στο ηλιακό μας σύστημα έχουν, στην καλύτερη περίπτωση, 50 τοις εκατό το άλμπεντο του Δία. Με τόσο υψηλή ανακλαστικότητα, πρέπει να υπάρχει κάτι ιδιαίτερο σε αυτόν τον πλανήτη και η ατμόσφαιρά του μπορεί να κρύβει μερικά μυστικά.
Ευτυχώς, ο πλανήτης δεν είναι πολύ μακριά (μόλις 264 έτη φωτός) και με τη βοήθεια διαστημικών τηλεσκοπίων με δυνατότητες υπέρυθρης ακτινοβολίας, μπορούμε να δούμε τι υπάρχει στην ατμόσφαιρά του μέσω του φάσματος μετάδοσης.
Οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν τηλεσκόπια Spitzer, Hubble και Webb για να παρατηρήσουν την ατμόσφαιρα του πλανήτη. Σίγουρα, εκτός από την αναμενόμενη σύνθεση υδρογόνου και ηλίου, η ατμόσφαιρα είναι ασυνήθιστα υψηλή σε μέταλλα, εκατοντάδες φορές πιο άφθονα από τον ήλιο! Η προσεκτική ανάλυση του φάσματος αποκάλυψε ότι τα σύννεφα στην ατμόσφαιρα ήταν στην πραγματικότητα κατασκευασμένα από πυριτικά άλατα.
(* Στην αστρονομία, στοιχεία εκτός από το υδρογόνο και το ήλιο αναφέρονται συλλογικά ως μεταλλικά στοιχεία)
Τα πυριτικά είναι βασικά πράγματα όπως η πέτρα, η άμμος και το γυαλί, και οι βραχώδεις πλανήτες όπως η Γη είναι βασικά κατασκευασμένοι από πυριτικά άλατα. Ανάλογα με τη σύνθεση, το σημείο βρασμού των πυριτικών αλάτων είναι γενικά πάνω από δύο χιλιάδες βαθμούς (ή ακόμη και περισσότερο από χίλιους βαθμούς για το γυαλί). Δεδομένης της θερμοκρασίας ισορροπίας του πλανήτη σχεδόν 2,000 βαθμών, θα μπορούσε πραγματικά να εξατμιστεί εάν είχε άμμο πάνω του. Αλλά δεν είναι μόνο αυτό. Εκτός από αυτά τα πυριτικά, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι τα σύννεφα περιέχουν και το μέταλλο τιτάνιο. Με άλλα λόγια, η επιφάνεια του πλανήτη καλύπτεται με ένα στρώμα «σύννεφου άμμου τιτανίου», δεν είναι περίεργο ότι η ικανότητα ανάκλασης είναι τόσο ισχυρή, μαζί με ολόκληρο τον πλανήτη είναι ένας μεγάλος καθρέφτης.
Φανταστείτε το περιβάλλον: μια τεράστια βολίδα να κρέμεται στον ουρανό, που περιβάλλεται από σύννεφα μεταλλικών ατμών. Όταν η θερμοκρασία είναι πιο δροσερή, αυτά τα σύννεφα βαρέων μετάλλων συμπυκνώνονται σε «σταγόνες βροχής» και πέφτουν. Το υγρό μέταλλο στη συνέχεια εξατμίζεται ξανά σε υψηλές θερμοκρασίες και ούτω καθεξής.
Εντάξει, για να συνοψίσουμε: γιατί αυτός ο πλανήτης θα μπορούσε να βρίσκεται στην έρημο του Ποσειδώνα;
1. Αν και είναι κοντά στο άστρο του, το άστρο υποδοχής του είναι πολύ αδύναμο στις ακτίνες Χ και ο αστρικός του άνεμος δεν είναι δυνατός.
2. Η περιεκτικότητα σε μέταλλα της ατμόσφαιρας του πλανήτη είναι πολύ υψηλή, γεγονός που καθιστά ολόκληρη την ατμόσφαιρά του πολύ βαριά και δύσκολο να φυσήξει.
3. Το υψηλό αλβέντο που προκαλείται από το μεταλλικό σύννεφο μπλοκάρει το μεγαλύτερο μέρος της ακτινοβολίας του άστρου, το οποίο επίσης εμποδίζει τον πλανήτη από το υπερβολικό ψήσιμο.
Αυτοί οι λόγοι φαίνονται εύλογοι μέχρι στιγμής, αλλά το μυστήριο αυτού του υπερ-καυτού Ποσειδώνα έχει λυθεί μόνο προσωρινά. Μπορεί να παρατηρηθεί με περισσότερες λεπτομέρειες από το JWST στο μέλλον, με την ελπίδα ότι περισσότερα στοιχεία θα βοηθήσουν στην επίλυση του μυστηρίου.
