Классификация газовых гигантов Сударского

Классификация Сударского, используемая в Celestia .

Классификация газовых гигантов Сударского с целью прогнозирования их внешнего вида на основе их температуры была изложена Дэвидом Сударским и его коллегами в статье Albedo and Reflection Spectra of Extrasolar Giant Planets [1] и расширена в Theoretical Spectra and Atmospheres of Extrasolar Giant Planets [2] , опубликованной до того, как было сделано какое-либо успешное прямое или косвенное наблюдение атмосферы внесолнечной планеты. Это широкая система классификации, цель которой — внести некоторый порядок в вероятное богатое разнообразие атмосфер внесолнечных газовых гигантов.

Газовые гиганты делятся на пять классов (нумеруются римскими цифрами ) в соответствии с их моделируемыми физическими атмосферными свойствами. В Солнечной системе только Юпитер и Сатурн попадают в классификацию Сударского, и оба они относятся к Классу I. Появление планет, не являющихся газовыми гигантами, не может быть предсказано системой Сударского, например, планет земной группы, таких как Земля и Венера , или ледяных гигантов, таких как Уран (14 масс Земли) и Нептун (17 масс Земли). [ необходима цитата ]

Фон

Внешний вид внесолнечных планет в значительной степени неизвестен из-за сложности проведения прямых наблюдений. Кроме того, аналогии с планетами Солнечной системы могут применяться к немногим из известных внесолнечных планет, поскольку большинство из них совершенно не похожи ни на одну из наших планет, например, горячие юпитеры .

Тела, проходящие мимо своей звезды, могут быть нанесены на спектрографическую карту, например, HD 189733 b . [3] Было также показано, что эта планета имеет голубой цвет с альбедо больше (ярче) 0,14. [4] Большинство нанесенных на карту планет были крупными и вращающимися на близкой орбите «горячими юпитерами».

В настоящее время предположения о появлении невидимых внесолнечных планет основываются на вычислительных моделях вероятной атмосферы такой планеты, например, на том, как профиль температуры и давления атмосферы, а также ее состав будут реагировать на различную степень инсоляции .

Планетарные классы

Класс I: Облака аммиака

Юпитер и Сатурн — два газовых гиганта I класса по классификации Сударского.

Газовые гиганты этого класса имеют вид, в котором доминируют облака аммиака . Эти планеты находятся во внешних областях планетной системы . Они существуют при температурах ниже примерно 150 К (−120 °C; −190 °F). Предсказываемое альбедо Бонда планеты класса I вокруг звезды , подобной Солнцу , составляет 0,57 по сравнению со значением 0,343 для Юпитера [5] и 0,342 для Сатурна [6] . Расхождение можно частично объяснить, приняв во внимание неравновесные конденсаты, такие как толины или фосфор , которые ответственны за цветные облака в атмосфере Юпитера и не моделируются в расчетах.

Температура для планеты класса I требует либо холодной звезды, либо удаленной орбиты. Первое может означать, что звезда(ы) слишком тусклые, чтобы их можно было увидеть, тогда как второе может означать, что орбиты настолько велики, что их влияние слишком слабо, чтобы его можно было обнаружить, пока не будет проведено несколько наблюдений полных «лет» этих орбит (ср. третий закон Кеплера ). Увеличенная масса суперъютантов облегчила бы их наблюдение, однако суперъютант сопоставимого с Юпитером возраста имел бы больше внутреннего нагрева , что могло бы переместить его в более высокий класс.

Класс II: Водяные облака

Газовые гиганты класса II слишком теплые, чтобы образовывать аммиачные облака; вместо этого их облака состоят из водяного пара . Эти характеристики ожидаются для планет с температурой ниже примерно 250 К (−23 °C; −10 °F). [2] Водяные облака более отражающие, чем аммиачные облака, и прогнозируемое альбедо Бонда планеты класса II вокруг звезды, подобной Солнцу, составляет 0,81. Даже если облака на такой планете будут похожи на облака Земли , атмосфера все равно будет состоять в основном из водорода и богатых водородом молекул, таких как метан .

Сударский и др. перечислили Эпсилон Эридана b , Ипсилон Андромеды d и 55 Рака d как возможные планеты класса II. [2]

Класс III: Безоблачно

Газовые гиганты с равновесными температурами между примерно 350 К (170 °F, 80 °C) и 800 К (980 °F, 530 °C) не образуют глобального облачного покрова, потому что у них нет подходящих химических веществ в атмосфере для образования облаков. [2] (Они не будут образовывать облака серной кислоты, как Венера, из-за избытка водорода.) Эти планеты будут выглядеть как невыразительные лазурно-голубые шары из-за рэлеевского рассеяния и поглощения метаном в их атмосферах, выглядя как версии Урана и Нептуна с массой Юпитера . Из-за отсутствия отражающего облачного слоя альбедо Бонда низкое, около 0,12 для планеты класса III вокруг звезды, подобной Солнцу. Они существуют во внутренних областях планетной системы, примерно соответствующих местоположению Меркурия .

Сударский и др. перечислили Ипсилон Андромеды c , Глизе 876 b и Глизе 876 c как возможные планеты класса III. [2] Выше 700 К (800 °F, 430 °C) сульфиды и хлориды могут образовывать перистые облака. [2]

Класс IV: Щелочные металлы

Выше 900 К (630 °C/1160 °F) доминирующей молекулой, переносящей углерод, в атмосфере газового гиганта становится оксид углерода (а не метан ). Кроме того, существенно увеличивается содержание щелочных металлов , таких как натрий , и, как прогнозируется , спектральные линии натрия и калия будут заметны в спектре газового гиганта . Эти планеты образуют облачные слои из силикатов и железа глубоко в своих атмосферах, но, как прогнозируется, это не повлияет на их спектр. Альбедо Бонда планеты класса IV вокруг звезды, подобной Солнцу, прогнозируется очень низким, на уровне 0,03 из-за сильного поглощения щелочными металлами. Газовые гиганты классов IV и V называются горячими юпитерами .

Сударский и др. отнесли 55 Cancri b к возможным планетам класса IV. [2]

HD 209458 b при 1300 К (1000 °C) будет еще одной такой планетой с геометрическим альбедо, в пределах погрешности равным нулю; и в 2001 году НАСА наблюдало атмосферный натрий в его транзите, хотя и меньше, чем предсказывалось. Эта планета имеет верхний облачный слой, поглощающий так много тепла, что под ним находится относительно холодная стратосфера . Состав этого темного облака в моделях предполагается из оксида титана/ванадия (иногда сокращенно «TiVO»), по аналогии с красными карликами, но его истинный состав пока неизвестен; он вполне может быть таким, как у Сударского. [7] [8]

Класс V: Силикатные облака

Для самых горячих газовых гигантов с температурой выше 1400 К (2100 °F, 1100 °C) или более холодных планет с меньшей гравитацией, чем у Юпитера, силикатные и железные облачные слои, как ожидается, будут располагаться высоко в атмосфере. Предсказываемое альбедо Бонда планеты класса V вокруг звезды, подобной Солнцу, составляет 0,55 из-за отражения облачными слоями. При таких температурах газовый гигант может светиться красным от теплового излучения, но отраженный свет обычно подавляет тепловое излучение. Для звезд с визуальной видимой величиной менее 4,50 такие планеты теоретически видны нашим приборам. [9] Сударский и др. перечислили 51 Pegasi b , Upsilon Andromedae b , HD 209458 b и Tau Boötis b как возможные планеты класса V. [2]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Сударский, Д.; Берроуз, А.; Пинто, П. (2000). «Альбедо и спектры отражения экзопланет-гигантов». The Astrophysical Journal . 538 (2): 885–903 . arXiv : astro-ph/9910504 . Bibcode : 2000ApJ...538..885S. CiteSeerX  10.1.1.316.9833 . doi : 10.1086/309160.
  2. ^ abcdefgh Сударский, Д.; Берроуз, А.; Хубени, И. (2003). «Теоретические спектры и атмосферы гигантских экзопланет». Астрофизический журнал . 588 (2): 1121– 1148. arXiv : astro-ph/0210216 . Bibcode : 2003ApJ...588.1121S. doi : 10.1086/374331.
  3. ^ "First Map of Alien World". Архивировано из оригинала 16 октября 2007 г. Получено 23 ноября 2007 г.
  4. ^ Бердюгина, Светлана В.; Андрей В. Бердюгин; Доминик М. Флури; Вилппу Пиирола (20 января 2008 г.). "Первое обнаружение поляризованного рассеянного света из экзопланетной атмосферы" (PDF) . The Astrophysical Journal . 673 (1): L83. arXiv : 0712.0193 . Bibcode :2008ApJ...673L..83B. doi :10.1086/527320. Архивировано из оригинала (PDF) 17 декабря 2008 г.
  5. ^ Информационный листок о Юпитере
  6. ^ Информационный листок о Сатурне
  7. ^ Иван Хубени; Адам Берроуз (2008). «Модели спектра и атмосферы облученных транзитных экзопланет-гигантов». Труды Международного астрономического союза . 4 : 239. arXiv : 0807.3588 . Bibcode : 2009IAUS..253..239H. doi : 10.1017/S1743921308026458.
  8. ^ Ян Доббс-Диксон (2008). «Радиационные гидродинамические исследования облученных атмосфер». Труды Международного астрономического союза . 4 : 273. arXiv : 0807.4541 . Bibcode : 2009IAUS..253..273D. doi : 10.1017/S1743921308026495.
  9. ^ Leigh C.; Collier CA; Horne K.; Penny A.; James D. (2003). "Новый верхний предел отраженного звездного света от Tau Bootis b". MNRAS . 344 (4): 1271. arXiv : astro-ph/0308413 . Bibcode : 2003MNRAS.344.1271L. doi : 10.1046/j.1365-8711.2003.06901.x .
  • "За спекуляциями". Extrasolar Visions . Получено 26.06.2008 .
  • «Планеты, вращающиеся вокруг других звезд». Гарвардский университет . Получено 26.06.2008 .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Sudarsky%27s_gas_giant_classification&oldid=1248830303"