Hvorfor nogle planeter spiser deres egen himmel

I mange år, for alt hvad vi vidste, vores solsystem var alene i universet. Så begyndte bedre teleskoper at afsløre en skattekiste af planeter, der kredsede om fjerne stjerner.

I 2014 NASAs Kepler-rumteleskop gav videnskabsmænd et smørebord med mere end 700 splinternye fjerne planeter til at studere - mange af dem i modsætning til, hvad vi tidligere havde set. I stedet for gasgiganter som Jupiter, som tidligere undersøgelser havde opfanget først, fordi de er nemmere at se, disse planeter var mindre og for det meste sten efter masse.

Forskere bemærkede, at der var mange af disse planeter på størrelse med eller bare større end Jorden, men der var en stejl afskæring, før planeterne nåede størrelsen af ​​Neptun. "Dette er en klippekant i dataene, og det er ret dramatisk, " sagde planetforskeren Edwin Kite fra University of Chicago. "Det, vi har undret os over, er, hvorfor planeter har en tendens til at holde op med at vokse ud over omkring tre gange Jordens størrelse."

I et papir udgivet 17. december i Astrofysiske tidsskriftsbreve , Kite og kolleger ved Washington University, Stanford University, og Penn State University tilbyder en innovativ forklaring på dette fald:Havene af magma på overfladen af ​​disse planeter absorberer let deres atmosfærer, når planeterne når omkring tre gange jordens størrelse.

Glente, der studerer Mars' historie og klimaet i andre verdener, var godt positioneret til at studere spørgsmålet. Han troede, at svaret kunne afhænge af et lidt undersøgt aspekt af sådanne exoplaneter. De fleste af planeterne, der er lidt mindre end drop-off-størrelsen, menes at have oceaner af magma på deres overflader - store hav af smeltet sten som dem, der engang dækkede Jorden. Men i stedet for at størkne, som vores gjorde, disse holdes varme af et tykt tæppe af brintrig atmosfære.

"Indtil nu, næsten alle modeller vi har ignorerer denne magma, behandle det som kemisk inert, men flydende sten er næsten lige så flydende som vand og meget reaktiv, " sagde Kite, en adjunkt ved Institut for Geofysiske Videnskaber.

Spørgsmålet Kite og hans kolleger overvejede var, om efterhånden som planeterne erhvervede mere brint, havet kan begynde at "æde" himlen. I dette scenarie, efterhånden som planeten får mere gas, det hober sig op i atmosfæren, og trykket i bunden, hvor atmosfæren møder magmaet, begynder at opbygges. I starten magmaen optager den tilsatte gas med en jævn hastighed, men når trykket stiger, brinten begynder at opløses meget lettere i magmaet.

"Ikke kun det, men den lille smule af den tilsatte gas, der forbliver i atmosfæren, hæver det atmosfæriske tryk, og dermed vil en endnu større del af senere ankommende gas opløses i magmaen, " sagde Kite.

Således går planetens vækst i stå, før den når størrelsen af ​​Neptun. (Fordi størstedelen af ​​volumen af ​​disse planeter er i atmosfæren, skrumpning af atmosfæren krymper planeterne.)

Forfatterne kalder dette "fugacity-krisen, " efter udtrykket, der måler, hvor meget lettere en gas opløses i en blanding, end hvad der ville forventes baseret på tryk.

Teorien passer godt med eksisterende observationer, sagde Kite. Der er også flere markører, som astronomer kunne kigge efter i fremtiden. For eksempel, hvis teorien er korrekt, planeter med magma oceaner, der er kolde nok til at have krystalliseret på overfladen, bør vise forskellige profiler, da dette ville forhindre havet i at absorbere så meget brint. Igangværende og fremtidige undersøgelser fra TESS og andre teleskoper skulle give astronomerne flere data at arbejde med.

"Intet som disse verdener findes i vores solsystem, " said Kite. "Although our work suggests a solution to one of the puzzles posed by sub-Neptune exoplanets, they still have a lot to teach us!"