ดาวเคราะห์หินสว่างกว่าหรือดาวเคราะห์ก๊าซสว่างกว่าหรือไม่? ดาวฤกษ์ที่สว่างที่สุดในระบบสุริยะในแง่ของขนาดปรากฏและบอนด์อัลเบโด แน่นอนว่าคือดาวศุกร์เพื่อนบ้านของโลก ดาวศุกร์เป็นดาวเคราะห์ที่สว่างกว่าดาวฤกษ์เหล่านั้นในมุมมองของเรามาก และเป็น "ดาวที่สว่างที่สุดในท้องฟ้ายามค่ำคืน" อย่างแน่นอน แม้ว่าดาวเคราะห์ที่สว่างที่สุดในระบบสุริยะของเราจะเป็นดาวเคราะห์ที่มีหิน แต่ก็ไม่สามารถพูดแบบเดียวกันนี้ได้สำหรับระบบสุริยะชั้นนอก คุณลองจินตนาการถึงโลกที่มีเมฆไอโลหะและฝนไทเทเนียมอยู่รอบๆ ไหม
"แสงจันทร์สาดส่องก่อนนอน สงสัยพื้นน้ำแข็ง" เรารู้ว่าแม้ดวงจันทร์จะเรียกว่าแสงจันทร์ แต่แสงนี้ไม่ได้มาจากดวงจันทร์เอง แต่สะท้อนแสงอาทิตย์ เช่นเดียวกับดาวเคราะห์ แม้ว่าดวงจันทร์จะดูสว่าง แต่ส่วนใหญ่เป็นเพราะว่ามันอยู่ใกล้เรามาก ไม่ใช่เพราะมันสะท้อนแสง อัลเบโด้ของดวงจันทร์จริงๆ แล้วต่ำมาก เพียงประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น
ผลสะท้อนน้อยที่สุดของดาวเคราะห์ทั้ง 8 ดวงในระบบสุริยะคือดาวพุธ ซึ่งเหมือนกับดวงจันทร์ที่ไม่มีชั้นบรรยากาศ โดยมีอัลเบโด้น้อยกว่า 9 เปอร์เซ็นต์ ดาวเคราะห์ดวงอื่นจะไม่สะท้อนแสงมากเกินไปหากมีชั้นบรรยากาศเลย เช่นเดียวกับโลก อัลเบโดของมันก็ใกล้เคียงกับดาวเคราะห์ก๊าซประมาณ 30% ดาวพฤหัสบดีใหญ่กว่าเล็กน้อย 50 เปอร์เซ็นต์ แต่ดาวศุกร์มีอัลเบโด้สูงที่สุด ต้องขอบคุณบรรยากาศที่หนาทึบและเมฆกรดซัลฟิวริกที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว ดาวศุกร์จึงมีอัลเบโด้ถึง 76 เปอร์เซ็นต์! จึงอาจกล่าวได้ว่าดาวศุกร์เป็นวัตถุที่สว่างที่สุดในท้องฟ้ารองจากดวงอาทิตย์และดวงจันทร์
เพื่อให้ดาวเคราะห์ดวงหนึ่ง "สวยที่สุด" นอกเหนือจากรูปลักษณ์ของมัน (ค่าอัลเบโดสูง) แล้ว ดาวเคราะห์ยังต้องอยู่ใกล้ดาวฤกษ์ของมันมากพอด้วย ตัวอย่างเช่น ดาวศุกร์ไม่เพียงพัดคู่แข่งในอัลเบโดออกไปเท่านั้น แต่ยังมีความสัมพันธ์ที่ร้อนแรงกับดวงอาทิตย์อีกด้วย โดยห่างจากดวงอาทิตย์เพียง 0.72 หน่วยดาราศาสตร์ (3/4 ของระยะห่างจากโลก ) รองจากดาวพุธเท่านั้น ดังนั้นดาวเคราะห์ที่สว่างที่สุดที่อยู่นอกระบบสุริยะของเรา ก็จะต้องอยู่ใกล้กับดาวฤกษ์แม่ของมันด้วย
ในปี 2019 นักดาราศาสตร์ค้นพบดาวเคราะห์หายากดวงหนึ่งชื่อ LTT 9779 b (TOI-193 b) ถัดจากดาวฤกษ์ที่อยู่ห่างออกไป 264 ปีแสง ตามวิธีการเปลี่ยนผ่าน ดาวเคราะห์ดวงนี้สว่างมาก โดยมีค่าอัลเบโด้ถึง 80 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งสูงกว่าดาวศุกร์ และแน่นอนว่ามันอยู่ใกล้ดาวฤกษ์แม่มาก เพียง 1/42 ของระยะทางจากดาวศุกร์ถึงดวงอาทิตย์ (0.017 หน่วยดาราศาสตร์) ใกล้กับแหล่งกำเนิดแสงมากและสะท้อนแสงได้มาก คุณคงจินตนาการได้ว่ามันจะต้องสว่างขนาดไหน
ดาวเคราะห์ดวงนี้เป็นดาวเคราะห์ก๊าซที่มีมวลโลก 29 มวล และรัศมีโลก 4.6 เมื่อพิจารณาจากขนาดและความหนาแน่นแล้ว จึงจัดเป็นวัตถุเนปจูน วัตถุนี้หาได้ยากไม่ใช่เพราะมันมีค่าอัลเบโดสูงหรือเพราะมันเป็นวัตถุคล้ายเนปเทน (หนึ่งในสามของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่ได้รับการยืนยันทั้งหมดเป็นวัตถุคล้ายเนปเทน) เกิดขึ้นได้ยากเนื่องจากอยู่ใกล้ดาวฤกษ์แม่เกินกว่าที่วัตถุเนปจูนจะอยู่ที่นี่ได้เลย
โดยปกติแล้ว ดาวเคราะห์ที่บินใกล้ดาวฤกษ์ของพวกมันจะเป็นดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ขนาดใหญ่ (เช่น "ดาวพฤหัสร้อน") หรือดาวเคราะห์หินที่มีขนาดเท่าโลก เพราะถ้าคุณไม่ใช่เกราะป้องกันเนื้อเหมือนแต่ก่อน คุณจะถูกดวงดาวกินและปล้นสะดมในระยะเวลาอันสั้นมาก (เช่น 100 ล้านปี) เหลือให้คุณเหลือแกนกลางแข็งเล็กๆ
โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพูดถึงดาราอายุน้อย ตัวอย่างเช่น ดาวฤกษ์แม่ของโลก (LTT 9779) ซึ่งมีขนาดประมาณ 80 เปอร์เซ็นต์ของดวงอาทิตย์ของเรา ก็เป็นดาวฤกษ์ลำดับ G เช่นกัน แต่เมื่อเทียบกับ “ลุงวัยกลางคน” ผู้โอ่อ่าวัย 4.6 พันล้านปีของดวงอาทิตย์ ดาวดวงนี้ก็ยังคงเป็น “หนุ่มน้อย” ที่มีอายุไม่ถึง 2 พันล้านปี เมื่อต้องเผชิญกับดาวฤกษ์อายุน้อยที่มีการแผ่รังสีที่รุนแรงมาก แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่ดาวเคราะห์ขนาดเท่าดาวเนปจูนจะขังอยู่ในชั้นบรรยากาศรอบนอกด้วยแรงโน้มถ่วงของมันเอง ไฮโดรเจนและฮีเลียมของมันควรจะถูกกำจัดออกไป เหลือเพียงแกนกลางที่เป็นหินเปลือยๆ
ดูกราฟรัศมีของดาวเคราะห์และคาบการโคจรโดยตรง พิกัดของมันคือรัศมีของดาวเคราะห์ (หน่วย: รัศมีโลก) และ Abscissa ของมันคือคาบการโคจร (หน่วย: วัน) จะเห็นได้ว่าใกล้กับดาวฤกษ์มาก (คาบการโคจรสั้นมาก) โดยพื้นฐานแล้วจะมีดาวเคราะห์หนึ่งหรือสองเท่าของรัศมีของโลก ในระยะทางที่ไกลกว่าเล็กน้อย ก๊าซยักษ์ขนาดใหญ่สามารถทรงตัวได้ และวัตถุคล้ายดาวเนปจูนที่อยู่ตรงกลางส่วนใหญ่จะอยู่ห่างจากออกไปมาก วัตถุคล้ายดาวเนปจูนไม่ค่อยพบในบริเวณสามเหลี่ยม ดังนั้นบริเวณนี้จึงถูกเรียกว่า "ทะเลทรายเนปจูน"
แต่ดาวเคราะห์ดวงนั้น (รูปดาวห้าแฉกในภาพ) เป็นหนึ่งในไม่กี่ตัวอย่างของ "ทะเลทรายเนปจูน" เนื่องจากมันอยู่ใกล้ดาวฤกษ์มาก จึงมีวงโคจรที่เล็กมาก และโคจรรอบดาวฤกษ์ได้ภายใน 0.8 วัน ซึ่งหมายความว่า "ปี" ที่อยู่เหนือดาวฤกษ์นั้นกินเวลาเพียง 19 ชั่วโมงเท่านั้น
เมื่ออยู่ใกล้ดาวฤกษ์อุณหภูมิพื้นผิวดาวเคราะห์จะต้องไม่เย็น ใช่ อุณหภูมิสมดุลของมันอยู่ที่เกือบ 2,000K ซึ่งใกล้เคียงกับอุณหภูมิพื้นผิวของดาวแคระแดง จึงเรียกอีกอย่างว่าดาวเนปจูนร้อนจัด คำถามก็คือ ดาวเคราะห์ก๊าซขนาดเล็กที่มีไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นองค์ประกอบหลัก จะสามารถยึดชั้นบรรยากาศของมันในอุณหภูมิที่สูงมากขนาดนั้นได้อย่างไร
นักวิทยาศาสตร์บางคนคาดการณ์ว่าดาวเคราะห์ดวงนี้อาจเป็นยักษ์ขนาดจุปจุปก่อนที่ดาวฤกษ์จะดึงมวลสารออก เหลือไว้เพียงขนาดเท่าดาวเนปจูน แต่มันเป็นเรื่องยากสำหรับดาวเคราะห์ยักษ์ที่จะสูญเสียมวลมากขนาดนั้นในช่วงเวลาสั้นๆ ด้วยลมดาวฤกษ์และการอบร้อน (การระเหยของแสง) เพียงอย่างเดียว ดังนั้นดาวเคราะห์อาจกำลังประสบกับปัญหาการไหลออกของวัตถุด้วยวิธีอื่น เช่น Roche Lobe Overflow (RLO)
กลีบโรชล้นในที่นี้ส่วนใหญ่หมายถึงปรากฏการณ์ที่เมื่อดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์เข้าใกล้ดาวฤกษ์มากเกินไป (เช่น เข้าสู่ขีดจำกัดโรชของดาวฤกษ์) ภายใต้การกระทำของแรงขึ้นน้ำลงของดาวฤกษ์ ก๊าซชั้นนอกของดาวเคราะห์ ขยายตัวเกินกลีบโรชของดาวเคราะห์ ส่งผลให้สูญเสียสสารดาวเคราะห์ไปมาก
ขณะนี้ดาวเคราะห์อาจอยู่ในระหว่างการเปลี่ยนจากดาวเคราะห์ยักษ์ไปเป็นดาวเคราะห์หิน เนื่องจากการระเหยของการแผ่รังสีของดาวฤกษ์และกลีบ Loche ที่ทะลักออกมาจากพลังน้ำขึ้นน้ำลง เหตุใดกระบวนการจึงช้ามากจึงทำให้เกิดความสับสน
ในบทความที่ตีพิมพ์ในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2566 ในวารสาร Monthly Royal Astronomical Transactions นักวิจัยได้พิจารณารังสีเอกซ์จากดาวฤกษ์ดวงนั้นโดยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศ XMM-นิวตัน พวกเขาพบว่าดาวดวงนี้เบากว่าที่เราคาดไว้มาก ไม่เพียงแต่มีการหมุนช้าผิดปกติเท่านั้น แต่รังสีเอกซ์ที่มันปล่อยออกมานั้นไม่ได้แรงเท่าที่ควร แต่แรงกว่าคู่แข่งเพียง 15 เท่าเท่านั้น ฉันคิดว่าเขาเป็นเด็กวิญญาณ แต่ฉันไม่ได้คาดหวังว่าจะเป็นนักวิชาการที่อ่อนแอ การแผ่รังสีดาวฤกษ์ที่อ่อนแออาจเป็นเหตุผลหนึ่งที่ทำให้ดาวเคราะห์สามารถรักษาชั้นบรรยากาศได้
คำถามก็คือ ในฐานะดาวเนปจูนที่ร้อน อะไรอธิบายอัลเบโด้ที่สูงมากถึง 80 เปอร์เซ็นต์ของมันได้ ดาวเคราะห์ก๊าซในระบบสุริยะของเราอย่างดีที่สุดมีอัลเบโด้ของดาวพฤหัสถึง 50 เปอร์เซ็นต์ ด้วยการสะท้อนแสงที่สูงเช่นนี้ จะต้องมีบางสิ่งที่พิเศษเกี่ยวกับดาวเคราะห์ดวงนี้ และบรรยากาศของมันอาจซ่อนความลับบางอย่างไว้
โชคดีที่ดาวเคราะห์ดวงนี้อยู่ไม่ไกลเกินไป (เพียง 264 ปีแสง) และด้วยความช่วยเหลือจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่มีความสามารถด้านอินฟราเรด เราจึงสามารถมองเห็นสิ่งที่อยู่ในชั้นบรรยากาศของมันผ่านสเปกตรัมการส่งสัญญาณ
นักดาราศาสตร์ใช้กล้องโทรทรรศน์สปิตเซอร์ ฮับเบิล และเวบบ์เพื่อสังเกตชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ แน่นอนว่า นอกเหนือจากองค์ประกอบที่คาดไว้ของไฮโดรเจนและฮีเลียมแล้ว บรรยากาศยังมีโลหะสูงผิดปกติ และมีปริมาณมากกว่าดวงอาทิตย์หลายร้อยเท่า! การวิเคราะห์สเปกตรัมอย่างรอบคอบพบว่าจริงๆ แล้วเมฆในชั้นบรรยากาศประกอบด้วยซิลิเกต
(* ในทางดาราศาสตร์ ธาตุอื่นที่ไม่ใช่ไฮโดรเจนและฮีเลียมเรียกรวมกันว่าธาตุโลหะ)
โดยพื้นฐานแล้วซิลิเกตคือสิ่งต่าง ๆ เช่น หิน ทราย และแก้ว และดาวเคราะห์ที่เป็นหินเช่นโลกนั้นโดยพื้นฐานแล้วประกอบด้วยซิลิเกต โดยทั่วไปจุดเดือดของซิลิเกตจะมากกว่า 2,000 องศา (หรือมากกว่า 1,000 องศาสำหรับแก้ว) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ เมื่อพิจารณาจากอุณหภูมิสมดุลของโลกที่เกือบ 2,000 องศา ดาวเคราะห์ดวงนี้สามารถระเหยได้จริงหากมีทรายอยู่ แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมด นอกจากซิลิเกตเหล่านี้แล้ว นักวิทยาศาสตร์ยังพบว่าเมฆยังมีโลหะไทเทเนียมอยู่ด้วย กล่าวอีกนัยหนึ่ง พื้นผิวของดาวเคราะห์ถูกปกคลุมไปด้วยชั้นของ "เมฆทรายไทเทเนียม" จึงไม่น่าแปลกใจที่ความสามารถในการสะท้อนแสงจะแข็งแกร่งมาก เมื่อรวมกับดาวเคราะห์ทั้งดวงก็เป็นกระจกบานใหญ่
ลองนึกภาพสภาพแวดล้อม: ลูกไฟขนาดใหญ่ที่ห้อยอยู่บนท้องฟ้า ล้อมรอบด้วยเมฆไอโลหะ เมื่ออุณหภูมิเย็นลง เมฆโลหะหนักเหล่านี้จะควบแน่นเป็น "เม็ดฝน" และตกลงมา จากนั้นโลหะเหลวก็จะถูกระเหยอีกครั้งที่อุณหภูมิสูงเป็นต้น
สรุปแล้ว ทำไมดาวเคราะห์ดวงนี้ถึงอยู่ในทะเลทรายเนปจูนได้
1. แม้ว่าดาวฤกษ์จะอยู่ใกล้ดาวฤกษ์ แต่ดาวฤกษ์ของมันก็อ่อนแอมากเมื่อได้รับรังสีเอกซ์และลมดาวฤกษ์ก็ไม่แรง
2. ปริมาณโลหะในชั้นบรรยากาศของโลกนั้นสูงมาก ซึ่งทำให้ชั้นบรรยากาศทั้งหมดของมันหนักมากและยากต่อการปลิวออกไป
3. อัลเบโด้สูงที่เกิดจากเมฆโลหะปิดกั้นรังสีส่วนใหญ่ของดาวฤกษ์ ซึ่งช่วยป้องกันไม่ให้ดาวเคราะห์อบอ้าวมากเกินไป
เหตุผลเหล่านี้ดูเหมือนจะเป็นไปได้จนถึงขณะนี้ แต่ความลึกลับของดาวเนปจูนที่ร้อนจัดนี้ได้รับการแก้ไขในเบื้องต้นเท่านั้น JWST อาจสังเกตรายละเอียดเพิ่มเติมได้ในอนาคต ด้วยความหวังว่าหลักฐานเพิ่มเติมจะช่วยไขปริศนานี้ได้
