Is de rotsachtige planeet helderder of de gasplaneet helderder? De helderste ster in het zonnestelsel, zowel qua schijnbare magnitude als in termen van Bond-albedo, is uiteraard Venus, de buurman van de aarde. Als planeet is Venus naar onze mening veel helderder dan die sterren, en het is absoluut de ‘helderste ster aan de nachtelijke hemel’. Hoewel de helderste planeet in ons zonnestelsel een rotsachtige planeet is, kan hetzelfde niet gezegd worden voor de buitenste delen van het zonnestelsel. Kun je je een wereld voorstellen met wolken metaaldamp en titaniumregen eromheen?
"Helder maanlicht voor het slapengaan, vermoedelijke vorst op de grond". We weten dat hoewel de maan maanlicht wordt genoemd, dit licht niet door de maan zelf wordt uitgezonden, maar door gereflecteerd zonlicht. Hetzelfde geldt voor planeten. Hoewel de maan er helder uitziet, komt dat grotendeels doordat hij zo dicht bij ons staat, en niet omdat hij licht reflecteert. Het albedo van de maan is eigenlijk heel laag, slechts ongeveer 10 procent.
De minst weerspiegelende van de acht planeten van het zonnestelsel is Mercurius, die net als de maan geen atmosfeer heeft, met een albedo van minder dan 9 procent. Andere planeten zijn niet al te reflecterend als ze überhaupt een atmosfeer hebben. Net als de aarde is het albedo ongeveer hetzelfde als dat van de gasvormige planeten, ongeveer 30%. Jupiter is iets groter, 50 procent. Maar Venus heeft het hoogste albedo. Dankzij de dikke atmosfeer en unieke zwavelzuurwolken heeft Venus een albedo van 76 procent! Er kan dus worden gezegd dat Venus het helderste object aan de hemel is, na de zon en de maan.
Om een planeet "de mooiste" te laten zijn, moet hij naast zijn uiterlijk (hoog albedo) ook dicht genoeg bij zijn ster staan. Venus blaast bijvoorbeeld niet alleen al zijn concurrenten weg op het gebied van albedo, maar staat ook in een zeer hete relatie met de zon, slechts 0,72 astronomische eenheden verwijderd van de zon (3/4 van de afstand tot de aarde). ), de tweede alleen voor Mercurius. De helderste planeet buiten ons zonnestelsel moet dus ook heel dicht bij zijn gastster staan.
In 2019 ontdekten astronomen een zeldzame planeet genaamd LTT 9779 b (TOI-193 b) naast een ster op 264 lichtjaar afstand. Volgens de transitmethode is de planeet erg helder, met een albedo van 80 procent, hoger dan Venus. En inderdaad, hij bevindt zich heel dicht bij zijn moederster, slechts 1/42 van de afstand van Venus tot de zon (0,017 astronomische eenheden). Zo dicht bij de lichtbron en zo reflecterend, je kunt je voorstellen hoe helder het moet zijn.
De planeet is een gasvormige planeet met 29 aardmassa's en 4,6 aardstralen. Gezien zijn grootte en dichtheid wordt het geclassificeerd als een Neptunes-object. Dit object is zeldzaam, niet omdat het een hoog albedo heeft of omdat het een Neptaanachtig object is (een derde van alle bevestigde exoplaneten zijn Neptaanachtige objecten). Het is zeldzaam omdat het te dicht bij zijn gastheerster staat om überhaupt een Neptunus-object te kunnen zien!
Normaal gesproken zijn planeten die dicht bij hun sterren vliegen enorme gasreuzen (zoals 'hete Jupiters') of rotsachtige planeten ter grootte van de aarde. Want als je geen vleesschild bent zoals de eerste, zul je in zeer korte tijd (bijvoorbeeld 100 miljoen jaar) door de sterren worden opgegeten en uitgekleed, waardoor je een kleine, vaste kern overhoudt.
Dit geldt vooral als het om jonge sterren gaat. De gastster van de planeet (LTT 9779), die ongeveer 80 procent zo groot is als onze zon, is bijvoorbeeld ook een ster uit de G-reeks. Maar vergeleken met de statige 4,6 miljard jaar oude ‘oom van middelbare leeftijd’ van de zon, is de ster nog steeds een ‘jonge kerel’ van minder dan 2 miljard jaar oud. Wanneer een planeet met de grootte van Neptunus wordt geconfronteerd met een jonge ster met zeer sterke straling, zou het vrijwel onmogelijk zijn om door zijn eigen zwaartekracht zijn buitenste atmosfeer op te sluiten. De waterstof en het helium hadden moeten worden verwijderd, waardoor er een kale rotsachtige kern overblijft.
Kijk rechtstreeks naar de grafiek van de planetaire straal en de omlooptijd; de ordinaat is de planetaire straal (eenheid: straal van de aarde) en de abscis is de omlooptijd (eenheid: dag). Het is te zien dat er heel dicht bij de ster (de omlooptijd is erg kort) in principe planeten zijn die een of twee keer de straal van de aarde hebben; Op iets grotere afstanden kunnen grote gasreuzen stabiel zijn; En de Neptunus-achtige objecten in het midden bevinden zich meestal verder weg. Neptunus-achtige objecten worden zelden in de driehoek gevonden, daarom wordt deze regio ook wel de ‘Neptunus-woestijn’ genoemd.
Maar de planeet in kwestie (het pentagram op de afbeelding) is een van de weinige voorbeelden van een ‘Neptunus-woestijn’. Omdat hij zo dicht bij zijn ster staat, heeft hij een heel kleine baan, waarbij hij in 0,8 dagen rond de ster draait, wat betekent dat een "jaar" erboven slechts 19 uur duurt.
Zo dicht bij de ster mag de oppervlaktetemperatuur van de planeet niet koud zijn. Ja, de evenwichtstemperatuur is bijna 2000 K, wat dicht bij de oppervlaktetemperatuur van een rode dwerg ligt, daarom wordt hij ook wel ultraheet Neptunus genoemd. De vraag is dus: hoe kan een kleine, gasvormige planeet, gedomineerd door waterstof en helium, zijn atmosfeer vasthouden bij zulke extreme temperaturen?
Sommige wetenschappers hebben gespeculeerd dat de planeet mogelijk een reus ter grootte van een Jupjup was voordat hij door zijn ster van zijn materiaal werd ontdaan, waardoor er een lichaam ter grootte van Neptunus achterbleef. Maar het is moeilijk voor een gigantische planeet om in korte tijd zoveel massa te verliezen, alleen al met sterwinden en heet bakken (lichte verdamping). De planeet ervaart mogelijk ook andere manieren om materiaal uit te stromen, zoals een Roche Lobe Overflow (RLO).
Roche-lob-overflow verwijst hier voornamelijk naar het fenomeen dat wanneer een gasreuzenplaneet te dicht bij de ster komt (zoals het binnendringen van de Roche-limiet van de ster), onder invloed van de getijdenkracht van de ster, het buitenste gas van de planeet breidt zich uit tot buiten de Roche-lob van de planeet zelf, wat resulteert in een groot verlies aan planetair materiaal.
Mogelijk bevindt de planeet zich nu in een overgangsproces van een gigantische naar een rotsachtige planeet, dankzij een combinatie van verdamping door stellaire straling en een overloop van de Loche-lob door getijdenkrachten. Waarom het proces zo traag verloopt, is een raadsel.
In een artikel dat in oktober 2023 in het tijdschrift Monthly Royal Astronomical Transactions werd gepubliceerd, keken onderzoekers met behulp van de XMM-Newton ruimtetelescoop naar röntgenstralen van de gastster van de planeet. Ze ontdekten dat de ster eigenlijk veel zachter was dan we hadden verwacht. Niet alleen heeft het een ongewoon langzame rotatie, maar de röntgenstralen die het uitzendt zijn lang niet zo sterk als verwacht, slechts 15 keer zo sterk als zijn soortgenoten. Nou, ik dacht dat hij een geestenjongen was, maar ik had niet verwacht dat hij een zwakke geleerde zou zijn. Zwakke stellaire straling kan een van de redenen zijn dat de planeet een atmosfeer in stand kan houden.
De vraag is nu: wat verklaart als hete Neptunus zijn 80 procent superhoge albedo? De gasplaneten in ons zonnestelsel hebben op zijn best 50 procent van het albedo van Jupiter. Met zo’n hoge reflectiviteit moet er iets speciaals zijn aan deze planeet, en de atmosfeer ervan verbergt misschien enkele geheimen.
Gelukkig is de planeet niet te ver weg (slechts 264 lichtjaar), en met behulp van ruimtetelescopen met infraroodmogelijkheden kunnen we via het transmissiespectrum zien wat zich in de atmosfeer bevindt.
Astronomen gebruikten Spitzer-, Hubble- en Webb-telescopen om de atmosfeer van de planeet te observeren. En inderdaad, naast de verwachte samenstelling van waterstof en helium, bevat de atmosfeer ongewoon veel metalen, honderden keren overvloediger dan de zon! Zorgvuldige analyse van het spectrum onthulde dat de wolken in de atmosfeer feitelijk uit silicaten bestonden.
(*In de astronomie worden andere elementen dan waterstof en helium gezamenlijk metaalelementen genoemd)
Silicaten zijn in feite dingen als steen, zand en glas, en rotsachtige planeten zoals de aarde zijn in feite gemaakt van silicaten. Afhankelijk van de samenstelling ligt het kookpunt van silicaten doorgaans boven de tweeduizend graden (of zelfs boven de duizend graden voor glas). Gezien de evenwichtstemperatuur van de planeet van bijna 2,000 graden, zou deze werkelijk kunnen verdampen als er zand op zou zitten. Maar dat is niet alles. Naast deze silicaten hebben wetenschappers ontdekt dat de wolken ook het metaal titanium bevatten. Met andere woorden, het oppervlak van de planeet is bedekt met een laag "titaniumzandwolk", geen wonder dat het reflectievermogen zo sterk is, aangezien de hele planeet een grote spiegel is.
Stel je de omgeving voor: een enorme vuurbal die in de lucht hangt, omringd door wolken metaaldamp. Wanneer de temperatuur koeler is, condenseren deze zware metalen wolken tot "regendruppels" en vallen ze naar beneden. Het vloeibare metaal wordt vervolgens bij hoge temperaturen weer verdampt, enzovoort.
Oké, dus om samen te vatten: waarom zou deze planeet zich in de Neptunus-woestijn kunnen bevinden?
1. Hoewel hij dicht bij zijn ster staat, is zijn gastster erg zwak in röntgenstraling en is zijn stellaire wind niet sterk;
2. Het metaalgehalte van de atmosfeer van de planeet is erg hoog, waardoor de hele atmosfeer erg zwaar is en moeilijk weg te blazen;
3. Het hoge albedo dat door de metaalwolk wordt veroorzaakt, blokkeert het grootste deel van de straling van de ster, waardoor ook wordt voorkomen dat de planeet oververhit raakt.
Deze redenen lijken tot nu toe plausibel, maar het mysterie van deze superhete Neptunus is slechts voorlopig opgelost. Het kan in de toekomst door de JWST in meer detail worden waargenomen, in de hoop dat meer bewijsmateriaal het mysterie zal helpen oplossen.
