ภาพลักษณ์ของดาวเคราะห์นอกระบบที่มีบรรยากาศนูน
(ภาพ: © NASA)
ปรากฎว่าดาวเคราะห์นอกโลกอาจหวานพอ ๆ กับการเดินทางไปงานแสดงสินค้าของรัฐ: โลกทั้งสองที่ค้นพบโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเคปเลอร์ของนาซ่ามีความหนาแน่นเท่ากับแพคเกจของลูกอมฝ้าย ดาวเคราะห์ทั้งสองซึ่งโคจรรอบดาวฤกษ์อายุน้อยเพียงประมาณ 500 ล้านปีเป็นดาวเคราะห์เกิดใหม่เกือบจะกว้างเท่ากับดาวเคราะห์ก๊าซแม้ว่ามันจะมีมวลน้อยกว่า 10 เท่าของมวลโลก
ด้วยการใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลของนาซ่านักวิจัยได้ทำการสังเกตการณ์โลกทั้งสอง "อร่อย" ซึ่งเป็นที่รู้จักกันในชื่อว่า Kepler-51b และ Kepler-51d พวกเขาพบว่าบรรยากาศที่ป่องของโลกน่าจะมีหมอกควันทอดตัวอยู่เหนือพื้นผิว ชั้นบรรยากาศที่ขยายตัวของโลกทำให้พวกมันอยู่ในชั้นนอกสุดของดาวเคราะห์นอกระบบ
“ นี่เป็นดาวเคราะห์นอกระบบที่มีความหนาแน่นต่ำที่สุดจนถึงปัจจุบัน” เจสสิก้าโรเบิร์ตส์กล่าวเมื่อเดือนที่แล้ว เธอนำเสนอผลลัพธ์เบื้องต้นในระหว่างการประชุมครึ่งปีครั้งที่ 232 ของสมาคมดาราศาสตร์อเมริกันในเดนเวอร์ นักศึกษาปริญญาโทที่มหาวิทยาลัยโคโลราโดโบลเดอร์โรเบิร์ตส์ช่วยให้เปรียบเทียบดาวเคราะห์คล้ายดาวเคราะห์ได้ เธอพบอะนาล็อกที่ผิดปกติสำหรับพัฟสุดยอด [การค้นพบดาวเคราะห์ต่างด้าวที่น่าสนใจที่สุดในปี 2560]
"ฉันต้องการให้คุณถ่ายภาพดาวเคราะห์ยักษ์ที่ทำจากขนมสายไหม" เธอกล่าว
"Titans ปุยจริง ๆ "
ในปี 2011 เคปเลอร์มองเห็นโลกที่มีความหนาแน่นต่ำโคจรรอบดาวฤกษ์อายุน้อยเคปเลอร์ 51 การศึกษาภายหลังยืนยันว่าโลกมีพี่น้องสองคน ดาวเคราะห์ทั้งสามนั้นมีบรรยากาศที่นูนและการสังเกตเบื้องต้นชี้ให้เห็นความหนาแน่นต่ำ
พัฟสุดดึงดูดความสนใจของที่ปรึกษาปริญญาเอกของโรเบิร์ตส์ที่โบลเดอร์, ซาชิรีเบอร์ต้า - ทอมป์สัน, ผู้ซึ่งสงสัยว่าบรรยากาศที่ป่องจะง่ายต่อการศึกษามากกว่าบรรยากาศรอบโลกอื่น ๆ นักวิทยาศาสตร์ใช้ฮับเบิลเพื่อตรวจสอบเคมีของบรรยากาศ 51b และ 51d พร้อมกับเพื่อนร่วมงานหลายคนขณะที่ทั้งคู่ผ่านดาวฤกษ์และโลกมาแล้วสองครั้ง โลกที่สาม, 51c, เพียงแค่ตัดขอบของดวงอาทิตย์ของระบบ, ทำให้บรรยากาศของมันถูกซ่อนอยู่, และไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาใหม่
นักวิจัยพบว่าดาวเคราะห์ทั้งสองผลิตสัญญาณบ่งบอกว่ามีอนุภาคขนาดเล็กที่เรียกว่าละอองลอยซึ่งควบคุมบรรยากาศ ละอองลอยเหล่านี้อาจถูกสร้างขึ้นโดยกลุ่มเมฆขนาดใหญ่หรืออาจเป็นสัญญาณของหมอกควันที่ล้อมรอบโลก
“ การคาดเดาที่ดีที่สุดของเราคือเราไม่ได้เกี่ยวข้องกับการควบแน่นของเมฆบางประเภท” โรเบิร์ตกล่าว "สิ่งที่เราน่าจะเกี่ยวข้องกับคือหมอกควันเคมีบางประเภทที่เราเพิ่งไม่รู้ว่ามันทำมาจากอะไร"
ในระบบสุริยะไททันดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดของดาวเสาร์เป็นดาวดวงเดียวที่ถูกครอบงำโดยชั้นหมอกควันที่ทำจากไฮโดรคาร์บอนมีเธนและอีเธน ดวงจันทร์ขนาดใหญ่อาจให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับซุปเปอร์พัฟซึ่งอาจทำให้เกิดหมอกควันในวงกว้าง
“ เราอาจจะดู Titans ที่นุ่มนวลบางตัว” Roberts กล่าว [ทไวไลท์เฮซส่องผ่านไททันมูนขนาดใหญ่ของดาวเสาร์ในรูปภาพ Cassini ที่งดงาม]
ดาวเคราะห์ฝ้ายขนม
การคำนวณความหนาแน่นของดาวเคราะห์นั้นต้องใช้การกลับไปสู่ฟิสิกส์ของโรงเรียนมัธยม ความหนาแน่นของวัตถุคือมวลหารด้วยปริมาตร ปริมาณจะถูกกำหนดโดยรัศมีของมัน การวัดที่แม่นยำของฮับเบิลช่วยให้นักวิจัย จำกัด มวลของดาวเคราะห์นอกระบบได้ดีขึ้น เพื่อหารัศมี - และปริมาตรของมัน - นักวิทยาศาสตร์เปรียบเทียบขนาดของดาวเคราะห์กับดาวฤกษ์ของมัน ด้วยการทบทวนสิ่งที่เป็นที่รู้จักเกี่ยวกับดาวโรเบิร์ตและเพื่อนร่วมงานของเธอสามารถตรวจสอบรัศมีที่แม่นยำยิ่งขึ้น
Kepler-51b มีมวลประมาณสองเท่าของโลกและรัศมีใหญ่ขึ้นประมาณเจ็ดเท่าและมันโคจรรอบดาวของมันทุก 45 วัน ด้วยวงโคจร 130 วัน Kepler-51d มีขนาดใหญ่ขึ้นเล็กน้อยมีมวลประมาณ 7.5 เท่าของโลกที่มีรัศมีเกือบสิบเท่าของดาวเคราะห์ของเรา พี่น้องคนที่สาม Kepler-51c ใช้เวลา 85 วันในการเดินทางรอบดาวฤกษ์และมีรัศมีของโลกประมาณสี่เท่า
ด้วยการรวมมวลที่อัปเดตเข้ากับรัศมีที่แก้ไขแล้วนักวิจัยสามารถคำนวณว่าความหนาแน่นของดาวเคราะห์อยู่ในช่วงตั้งแต่ 0.03 กรัมถึง 0.06 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร นั่นเป็นหนึ่งในสิบของดาวเสาร์ที่หนาแน่นที่สุดในระบบสุริยะของโลกและเป็นหนึ่งในนั้นที่จะลอยอยู่ในน้ำถ้าคุณพบอ่างอาบน้ำใหญ่พอ
การหาว่าสิ่งที่จะหมายถึงในแง่ของโลกแห่งความจริงจะใช้เวลาทำงานอีกเล็กน้อย แต่โรเบิร์ตได้รับการพิจารณา
ความคิดแรกของเธอคือมาร์ชเมลโลว์ เธอละลายแบทช์ในไมโครเวฟ แต่พบว่าขนมสีขาวยังแน่นเกินไป
"นั่นเป็นเพียงความยุ่งเหยิงที่น่ากลัว" เธอบอก Space.com
สำหรับการหักขนมสายไหมของเธอเธอมุ่งหน้าไปที่ร้านขายของชำและซื้อกล่องขนมสายไหม วัสดุปั่นใหม่ไม่หนาแน่นพอ แต่เธอหวังว่าอ่างที่บรรจุล่วงหน้าอาจทำงานได้ เธอวัดปริมาตรของภาชนะบรรจุและชั่งน้ำหนักวัสดุเพื่อคำนวณความหนาแน่นซึ่งใกล้เคียงที่สุดกับพัฟซุปเปอร์
“ ฉันซื้ออ่างเหล่านี้จำนวนมากเหมือน [แคชเชียร์] คุณต้องเป็นแฟนขนมสายไหม” โรเบิร์ตกล่าว
"ฉันชอบมันสำหรับวิทยาศาสตร์"
ดาวเคราะห์น้อย
ทำไมโลกเหล่านี้จึงหนาแน่น? โรเบิร์ตส์คิดว่าเยาวชนของพวกเขาอาจมีบทบาทสำคัญ ดาวเคราะห์ก่อตัวเป็นฝุ่นและหินชนกันเพื่อสร้างโลก เมื่อแกนหินมีขนาดใหญ่พอแรงโน้มถ่วงของมันจะดึงก๊าซเบาเพื่อสร้างบรรยากาศ
ตามซุปเปอร์โมเดลทั้งสามพัฟนั้นเกิดขึ้นนอกแนวหิมะของระบบของพวกมันซึ่งเป็นขอบเขตที่มองไม่เห็นรอบดาวฤกษ์กลางที่มีก๊าซเย็นพอที่จะกลั่นตัวเป็นน้ำแข็ง จากนั้นดาวเคราะห์ก็อพยพเข้ามาสู่วงโคจรปัจจุบัน เมื่อพวกเขาขยับเข้าใกล้ดาวที่อบอุ่นน้ำแข็งของพวกมันจะละลายและสร้างบรรยากาศที่เป็นก๊าซที่เริ่มนูน
ในขณะที่ดาวเคราะห์เริ่มอุ่นจากการชนที่ก่อตัวมันพวกมันจะเย็นลงเมื่อเวลาผ่านไปทำให้เกิดการหดตัวของวัสดุ ในขณะเดียวกันลมที่เป็นตัวเอกก็จะตัดบรรยากาศบางส่วนออกไป แบบจำลองบอกว่าในอีก 5 พันล้านปีข้างหน้าเมื่อมีอายุมากกว่าโลกเล็กน้อยในปัจจุบัน 51b จะดูเหมือนดาวเคราะห์เนปจูนทั่วไป เพราะมันอยู่ห่างจากดาวฤกษ์มากขึ้นเธอบอกว่า "51d น่าจะเป็นลูกบอลแปลก ๆ เพราะมันไม่ได้มีชั้นบรรยากาศมากเกินไป"
“ ในอีกไม่กี่พันล้านปีเราจะเห็นดาวเคราะห์เหล่านี้เล็กกว่าที่มันเป็นอยู่ในตอนนี้” โรเบิร์ตส์กล่าว
ถ้าคุณสามารถยืนอยู่บนหนึ่งในซุปเปอร์พัฟ (สมมติว่ามันมีพื้นผิวเป็นหิน) แรงกดดันของบรรยากาศน่าจะสูงขึ้นอย่างมากโรเบิร์ตกล่าว คุณน่าจะดีกว่าถ้าลอยอยู่ในบรรยากาศที่แรงกดดันจะลดลงเธอเสริม
ในช่วงต้นของชีวิตโลกอาจจะมีบรรยากาศที่เต็มไปด้วยเลือดปนเธอกล่าวแม้ว่ามันอาจจะหายไปอย่างรวดเร็ว
นักวิทยาศาสตร์วางแผนที่จะส่งงานวิจัยเพื่อการตีพิมพ์ในปลายฤดูร้อนนี้
ตอนนี้เราแค่ต้องการโลกหวาน ๆ เพื่อเล่นกีฬาสีลูกอมเช่นสีฟ้าสีชมพูสีม่วงหรือสีเขียว!
