آیا سیاره سنگی روشن تر است یا سیاره گازی روشن تر؟ درخشان ترین ستاره در منظومه شمسی، هم از نظر قدر ظاهری و هم از نظر قدر باند، البته ناهید همسایه زمین است. به عنوان یک سیاره، زهره از نظر ما بسیار درخشان تر از آن ستاره ها است و قطعا "درخشنده ترین ستاره در آسمان شب" است. در حالی که درخشان ترین سیاره منظومه شمسی ما یک سیاره صخره ای است، نمی توان همین را برای منظومه شمسی بیرونی گفت. آیا می توانید دنیایی را با ابرهای بخار فلز و باران تیتانیوم در اطراف آن تصور کنید؟
"نور مهتاب روشن قبل از خواب، مشکوک یخبندان روی زمین". می دانیم که اگرچه ماه را مهتاب می نامند، اما این نور توسط خود ماه ساطع نمی شود، بلکه نور خورشید را منعکس می کند. در مورد سیارات هم همینطور. اگرچه ماه درخشان به نظر می رسد، اما این تا حد زیادی به این دلیل است که به ما بسیار نزدیک است، نه به این دلیل که نور را منعکس می کند. آلبدوی ماه در واقع بسیار پایین است، فقط حدود 10 درصد.
کمترین انعکاس سیاره از هشت سیاره منظومه شمسی، عطارد است که مانند ماه فاقد جو است و آلبدوی آن کمتر از 9 درصد است. سیارات دیگر اگر اصلا جو داشته باشند خیلی بازتابنده نیستند. مانند زمین، آلبدوی آن تقریباً مشابه سیارات گازی است، حدود 30٪. مشتری کمی بزرگتر است، 50 درصد. اما زهره بالاترین آلبدو را دارد. زهره به لطف جو غلیظ و ابرهای اسید سولفوریک منحصربفردش 76 درصد آلبدو دارد! بنابراین می توان گفت که زهره پس از خورشید و ماه درخشان ترین جرم آسمان است.
برای اینکه یک سیاره "زیباترین" باشد، علاوه بر ظاهرش (آلبدوی بالا)، باید به اندازه کافی به ستاره خود نیز نزدیک باشد. به عنوان مثال، زهره نه تنها تمام رقبای خود را در حالت آلبیدو منفجر می کند، بلکه در یک رابطه بسیار گرم با خورشید نیز قرار دارد، فقط 0. 72 واحد نجومی از خورشید (3/4 فاصله از زمین) فاصله دارد. ) پس از عطارد در رده دوم قرار دارد. بنابراین درخشان ترین سیاره خارج از منظومه شمسی ما، باید به ستاره میزبان خود نیز بسیار نزدیک باشد.
در 2019، اخترشناسان یک سیاره کمیاب به نام LTT 9779 b (TOI-193 b) را در کنار ستاره ای در فاصله 264 سال نوری از ما کشف کردند. طبق روش ترانزیت، این سیاره بسیار درخشان است، با آلبدوی 80 درصد، بالاتر از زهره. و مطمئناً به ستاره میزبان خود بسیار نزدیک است، تنها 1/42 فاصله زهره تا خورشید (0.017 واحد نجومی). آنقدر نزدیک به منبع نور و آنقدر بازتابنده، می توانید تصور کنید که چقدر باید روشن باشد.
این سیاره یک سیاره گازی با 29 جرم زمین و 4.6 شعاع زمین است. با توجه به اندازه و چگالی آن، به عنوان یک شی نپتون طبقه بندی می شود. این شی نادر است نه به این دلیل که آلبدوی بالایی دارد یا به این دلیل که یک جرم نپتان مانند است (یک سوم از تمام سیارات فراخورشیدی تایید شده اجرام نپتان مانند هستند). این نادر است زیرا به ستاره میزبان خود بسیار نزدیک است تا یک شی نپتون اصلاً در اینجا باشد!
به طور معمول، سیاراتی که در نزدیکی ستاره های خود پرواز می کنند، یا غول های گازی بزرگ (مانند مشتری های داغ) یا سیارات سنگی به اندازه زمین هستند. زیرا اگر مانند سابق یک سپر گوشتی نباشید، در مدت زمان بسیار کوتاهی (مثلاً 100 میلیون سال) توسط ستارگان خورده میشوید و برهنه میشوید و یک هسته کوچک جامد برای شما باقی میگذارد.
این به ویژه در مورد ستاره های جوان صادق است. به عنوان مثال، ستاره میزبان سیاره (LTT 9779) که حدود 80 درصد اندازه خورشید ما است، نیز یک ستاره دنباله G است. اما در مقایسه با «عموی میانسال» 4.6 میلیارد ساله خورشید، این ستاره هنوز یک «پسر جوان» کمتر از 2 میلیارد سال است. هنگامی که با یک ستاره جوان با تابش بسیار قوی روبرو می شویم، برای هر سیاره ای به اندازه نپتون تقریبا غیرممکن است که با گرانش خود در جو بیرونی خود قفل شود. هیدروژن و هلیوم آن باید از بین می رفت و آن را با یک هسته سنگی برهنه باقی می گذاشت.
مستقیماً به نمودار شعاع سیاره و دوره مداری نگاه کنید، ترتیب آن شعاع سیاره ای (واحد: شعاع زمین) و آبسیسا آن دوره مداری (واحد: روز) است. مشاهده میشود که بسیار نزدیک به ستاره (دوره مداری بسیار کوتاه است)، اساساً سیاراتی یک یا دو برابر شعاع زمین وجود دارند. در فواصل کمی بیشتر، غول های گازی بزرگ می توانند پایدار باشند. و اجرام نپتون مانند در وسط، اغلب دورتر هستند. اجسام نپتون مانند به ندرت در مثلث یافت می شوند، بنابراین این منطقه به عنوان "صحرای نپتون" نیز شناخته می شود.
اما سیاره مورد بحث (پنتاگرام در تصویر) یکی از معدود نمونه های "صحرای نپتون" است. از آنجایی که این ستاره بسیار نزدیک به ستاره خود است، مدار بسیار کوچکی دارد و در مدت 0.8 روز به دور ستاره میچرخد، به این معنی که یک "سال" بالای آن تنها 19 ساعت طول میکشد.
این نزدیکی به ستاره، دمای سطح سیاره نباید سرد باشد. بله، دمای تعادل آن نزدیک به 2000K است که نزدیک به دمای سطح یک کوتوله قرمز است، بنابراین به آن نپتون فوق داغ نیز می گویند. بنابراین سؤال این است: چگونه یک سیاره کوچک و گازی که تحت سلطه هیدروژن و هلیوم است، میتواند در چنین دماهای شدید جو خود را حفظ کند؟
برخی از دانشمندان حدس می زنند که این سیاره ممکن است قبل از اینکه ستاره اش موادش را از بین ببرد و جسمی به اندازه نپتون داشته باشد، یک غول به اندازه ژوپیوپ بوده است. اما برای یک سیاره غول پیکر سخت است که تنها با بادهای ستاره ای و پخت داغ (تبخیر سبک) در مدت زمان کوتاهی چنین جرمی را از دست بدهد. بنابراین ممکن است سیاره راههای دیگری برای خروج مواد، مانند سرریز لوب روشه (RLO) را نیز تجربه کند.
سرریز لوب روشه در اینجا عمدتاً به این پدیده اشاره دارد که هنگامی که یک سیاره غول گازی بیش از حد به ستاره نزدیک می شود (مانند ورود به حد روچه ستاره)، تحت تأثیر نیروی جزر و مد ستاره، گاز بیرونی سیاره. فراتر از لوب Roche خود سیاره گسترش می یابد و در نتیجه مواد سیاره ای از بین می رود.
این سیاره به لطف ترکیبی از تبخیر ناشی از تشعشعات ستاره ای و سرریز لوب Loche از نیروهای جزر و مدی، ممکن است اکنون در فرآیند انتقال از یک سیاره غول پیکر به یک سیاره سنگی باشد. اینکه چرا این روند بسیار کند است گیج کننده بوده است.
در مقاله ای که در اکتبر 2023 در مجله Monthly Royal Astronomical Transactions منتشر شد، محققان با استفاده از تلسکوپ فضایی XMM-Newton به پرتوهای ایکس ستاره میزبان سیاره نگاه کردند. آنها دریافتند که ستاره در واقع بسیار نرمتر از آن چیزی است که ما انتظار داشتیم. نه تنها چرخش غیرمعمول آهسته ای دارد، بلکه اشعه ایکسی که ساطع می کند تقریباً آنطور که انتظار می رفت قوی نیست، فقط 15 برابر قوی تر از همتایان خود است. خوب، من فکر می کردم او یک پسر روحی است، اما انتظار نداشتم یک دانشمند ضعیف باشم. تابش ضعیف ستاره ممکن است یکی از دلایلی باشد که سیاره قادر به حفظ جو است.
حال سوال این است: به عنوان یک نپتون داغ، چه چیزی 80 درصد آلبدوی فوقالعاده آن را توضیح میدهد؟ سیارات گازی منظومه شمسی ما در بهترین حالت 50 درصد آلبدوی مشتری دارند. با چنین انعکاس بالایی، باید چیز خاصی در مورد این سیاره وجود داشته باشد، و جو آن ممکن است برخی از رازها را پنهان کند.
خوشبختانه این سیاره خیلی دور نیست (فقط 264 سال نوری) و با کمک تلسکوپ های فضایی با قابلیت مادون قرمز، می توانیم آنچه را که در جو آن وجود دارد از طریق طیف انتقال مشاهده کنیم.
ستاره شناسان از تلسکوپ های اسپیتزر، هابل و وب برای رصد جو سیاره استفاده کردند. مطمئناً، علاوه بر ترکیب مورد انتظار هیدروژن و هلیوم، اتمسفر به طور غیرعادی سرشار از فلزات است، صدها برابر فراوانتر از خورشید! تجزیه و تحلیل دقیق طیف نشان داد که ابرهای موجود در جو در واقع از سیلیکات ساخته شده اند.
(* در نجوم، عناصری غیر از هیدروژن و هلیوم در مجموع عناصر فلزی نامیده می شوند)
سیلیکات ها اساساً چیزهایی مانند سنگ، ماسه و شیشه هستند و سیارات سنگی مانند زمین اساساً از سیلیکات ساخته شده اند. بسته به ترکیب، نقطه جوش سیلیکات ها به طور کلی بیش از دو هزار درجه (یا حتی بیش از هزار درجه برای شیشه) است. با توجه به دمای تعادل سیاره که نزدیک به 2،000 درجه است، اگر شن و ماسه ای روی آن باشد، واقعاً می تواند تبخیر شود. اما این همه ماجرا نیست. علاوه بر این سیلیکات ها، دانشمندان دریافته اند که ابرها حاوی فلز تیتانیوم نیز هستند. به عبارت دیگر، سطح سیاره با لایه ای از "ابر شنی تیتانیوم" پوشیده شده است، جای تعجب نیست که توانایی بازتاب آنقدر قوی است، همراه با کل سیاره یک آینه بزرگ است.
محیط را تصور کنید: گلوله آتشین بزرگی که در آسمان آویزان است و توسط ابرهای بخار فلزی احاطه شده است. هنگامی که دما سردتر است، این ابرهای فلزی سنگین به صورت "قطرات باران" متراکم می شوند و می ریزند. سپس فلز مایع دوباره در دمای بالا تبخیر می شود و به همین ترتیب.
خوب، بنابراین به طور خلاصه: چرا این سیاره ممکن است در صحرای نپتون باشد؟
1. اگرچه به ستاره خود نزدیک است، اما ستاره میزبان آن در برابر اشعه ایکس بسیار ضعیف است و باد ستاره ای آن قوی نیست.
2. محتوی فلزات جو این سیاره بسیار زیاد است، که کل جو آن را بسیار سنگین می کند و دمیدن آن دشوار است.
3. آلبدوی بالای ناشی از ابر فلزی بیشتر تابش ستاره را مسدود می کند، که از پخت بیش از حد سیاره نیز جلوگیری می کند.
این دلایل تا کنون قابل قبول به نظر می رسد، اما راز این نپتون فوق داغ تنها به طور آزمایشی حل شده است. ممکن است در آینده توسط JWST با جزئیات بیشتری مشاهده شود، به این امید که شواهد بیشتری به حل این معما کمک کند.
