Ο πλανήτης λάβας που λάμπει σαν την Αφροδίτη: τι «δροσίζει» τον TOI-561 b

Ένας βραχώδης πλανήτης που κάνει τον γύρο του άστρου του σε λιγότερο από 11 ώρες και έχει, κατά πάσα πιθανότητα, επιφάνεια από λιωμένο πέτρωμα, αποδεικνύεται πολύ πιο «γυαλιστερός» απ' όσο περίμεναν οι αστρονόμοι. Νέα ανάλυση δεδομένων του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb, που δημοσιεύεται στο The Astronomical Journal, δείχνει ότι ο TOI-561 b αντανακλά περίπου τα τρία τέταρτα του φωτός που δέχεται, ποσοστό συγκρίσιμο με εκείνο της Αφροδίτης.

Το εύρημα έχει σημασία γιατί αφορά ένα από τα μεγάλα ανοιχτά ερωτήματα της αστρονομίας εξωπλανητών: μπορούν μικροί, βραχώδεις κόσμοι που «ψήνονται» δίπλα στο άστρο τους να κρατούν ατμόσφαιρα για δισεκατομμύρια χρόνια; Ο TOI-561 b, σε απόσταση περίπου 280 ετών φωτός, γίνεται η πιο ισχυρή υποψήφια περίπτωση ότι η απάντηση μπορεί να είναι «ναι», αλλά και η πιο αινιγματική.

Με μια ματιά

• Το Webb μέτρησε ότι ο TOI-561 b αντανακλά περίπου το 74% της ακτινοβολίας του άστρου του, ασυνήθιστα πολύ για πλανήτη λάβας.
• Η ημέρα του πλανήτη είναι περίπου 2.050 K, πολύ ψυχρότερη από τους περίπου 3.200 K που θα είχε ένας σκοτεινός, γυμνός βράχος.
• Σύννεφα πυριτικών ορυκτών είναι μια πιθανή εξήγηση, αλλά μόνα τους δεν φτάνουν να εξηγήσουν όλη τη λαμπρότητα.

Ένας κόσμος που δεν θα έπρεπε να έχει αέρα

Ο TOI-561 b είναι μια «υπερ-Γη» με μάζα περίπου 2,2 φορές και ακτίνα περίπου 1,4 φορές τη γήινη. Η τροχιά του διαρκεί περίπου 0,45 ημέρες και, όπως σημείωνε το Carnegie Science, απέχει από το άστρο του περίπου το ένα σαραντακοστό της απόστασης του Ερμή από τον Ήλιο. Η μία του πλευρά βλέπει μόνιμα το άστρο.

Σε τέτοιες συνθήκες, η κλασική πρόβλεψη είναι ότι η ακτινοβολία του άστρου αφαιρεί κάθε ατμόσφαιρα σχετικά γρήγορα. Ο TOI-561 b επιπλέον δεν είναι νέος: το άστρο του ανήκει στον «παχύ δίσκο» του Γαλαξία, είναι φτωχό σε σίδηρο και, σύμφωνα με τη νέα δημοσίευση, έχει ηλικία τουλάχιστον 10 δισεκατομμυρίων ετών, περίπου διπλάσια από του Ήλιου. Όπως εξήγησε η Anjali Piette του Πανεπιστημίου του Μπέρμιγχαμ, μέλος της ομάδας, ένας τόσο έντονα ακτινοβολούμενος βραχώδης πλανήτης θα αναμενόταν να έχει χάσει την ατμόσφαιρά του εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια.

Οι πρώτες ενδείξεις ότι κάτι δεν ταιριάζει ήρθαν τον Δεκέμβριο του 2025. Ομάδα με επικεφαλής την Johanna Teske του Carnegie Science ανέφερε στο The Astrophysical Journal Letters ότι η ημερήσια πλευρά ήταν γύρω στους 1.800 °C, αισθητά ψυχρότερη από τους περίπου 2.700 °C που θα είχε γυμνός βράχος. Ο πλανήτης ήταν επίσης λιγότερο πυκνός απ' όσο θα αναμενόταν για σύσταση σαν της Γης. Το συμπέρασμα τότε ήταν ότι πιθανότατα έχει παχιά ατμόσφαιρα πλούσια σε πτητικά στοιχεία πάνω από έναν παγκόσμιο ωκεανό μάγματος, «μια υγρή μπάλα λάβας», κατά τη διατύπωση του συνεργάτη Tim Lichtenberg.

Τι έδειξε η καμπύλη φάσης

Η νέα μελέτη, με επικεφαλής τους Samuel Boucher και Lisa Dang του Πανεπιστημίου του Waterloo, αξιοποιεί το πλήρες σύνολο δεδομένων του ίδιου προγράμματος του Webb. Τον Μάιο του 2024 το όργανο NIRSpec παρακολούθησε το σύστημα συνεχώς για περίπου 37 ώρες, καλύπτοντας τέσσερις πλήρεις τροχιές. Έτσι κατέγραψε την «καμπύλη φάσης»: πώς αλλάζει το φως του συστήματος καθώς ο πλανήτης μάς δείχνει διαδοχικά τη φωτεινή και τη σκοτεινή του πλευρά.

Από αυτή την καμπύλη οι ερευνητές υπολογίζουν θερμοκρασία ημέρας περίπου 2.050 K και θερμοκρασία νύχτας γύρω στους 1.090 K, με μεγάλα όμως περιθώρια αβεβαιότητας για τη νύχτα. Το κρίσιμο νούμερο είναι η λευκαύγεια (albedo) κατά Bond, δηλαδή το ποσοστό της συνολικής ενέργειας που ανακλάται: περίπου 0,74. Η μεταφορά θερμότητας από τη μέρα στη νύχτα εκτιμάται μέτρια. Με άλλα λόγια, ο πλανήτης δεν «δροσίζεται» κυρίως επειδή ο αέρας του μεταφέρει θερμότητα προς τη σκοτεινή πλευρά, αλλά κυρίως επειδή δεν απορροφά μεγάλο μέρος του φωτός εξαρχής.

Αυτό είναι παράδοξο, γιατί η λιωμένη λάβα είναι κακός ανακλαστήρας. Ένας γυμνός πλανήτης μάγματος θα έπρεπε να είναι σκοτεινός.

Ένα «αντηλιακό» από σύννεφα πετρωμάτων

Η εξήγηση που προτείνουν οι ερευνητές είναι τα σύννεφα από πυριτικά ορυκτά, κυρίως διοξείδιο του πυριτίου και πυριτικό μαγνήσιο, που θα μπορούσαν να σχηματίζονται στην ημερήσια πλευρά, κοντά στο όριο μέρας και νύχτας. Στη Γη τα σύννεφα είναι από νερό· σε έναν κόσμο με θερμοκρασίες χιλιάδων βαθμών, το «νερό» της ατμόσφαιρας μπορεί να είναι ατμοποιημένο πέτρωμα.

Η ίδια η δημοσίευση είναι όμως προσεκτική. Μια συντηρητική εκτίμηση δίνει από τα σύννεφα λευκαύγεια γύρω στο 0,24, πολύ κάτω από το 0,74 που μετρήθηκε. Τα δύο κανάλια του NIRSpec δεν συμφωνούν πλήρως για τη νυχτερινή πλευρά, ενώ τα κλιματικά μοντέλα που δοκιμάστηκαν είναι απλοποιημένα. Η ομάδα ευνοεί σενάρια με πίεση επιφάνειας από 1 έως 10 bar, αλλά αρνείται ρητά να κατατάξει τις πιθανές συστάσεις της. Για να ξεκαθαρίσει η εικόνα προτείνει νέα καμπύλη φάσης με το όργανο MIRI του Webb, σε μήκη κύματος όπου «φαίνεται» το διοξείδιο του άνθρακα.

Ανεξάρτητα στοιχεία δείχνουν προς την ίδια κατεύθυνση. Ομάδα των πανεπιστημίων του Σικάγου και της Χαβάης ανέλυσε καμπύλες φάσης μικρών πλανητών στο ορατό φως από το δορυφόρο TESS και κατέληξε ότι οι πλανήτες λάβας εμφανίζουν γενικά υψηλή ανακλαστικότητα, σε αντίθεση με τους «καυτούς Δία» ανάλογων θερμοκρασιών. Για τον TOI-561 b η εκτίμηση της γεωμετρικής λευκαύγειας είναι πολύ υψηλή αλλά με μεγάλο σφάλμα. Οι συγγραφείς μιλούν για μια «αναδυόμενη εικόνα» ανακλαστικών πυριτικών νεφών και περιμένουν ακριβέστερες μετρήσεις από την ευρωπαϊκή αποστολή PLATO.

Super-Αφροδίτη ή super-Ιώ;

Μένει το ερώτημα πώς επιβιώνει μια τέτοια ατμόσφαιρα. Μια τρίτη εργασία της ίδιας ευρύτερης ομάδας, που έχει υποβληθεί για δημοσίευση, προσομοίωσε την εξέλιξη του πλανήτη με συζευγμένο μοντέλο εσωτερικού και ατμόσφαιρας. Από 954 σενάρια εξέλιξης στη σημερινή τροχιά, περίπου τα μισά καταλήγουν σε πλήρη απώλεια της ατμόσφαιρας και μόνο 19 ταιριάζουν με όλες τις παρατηρήσεις. Αυτά απαιτούν ατμόσφαιρα από βαριά μόρια που διαφεύγει δύσκολα, κι έναν ωκεανό μάγματος που εκλύει συνεχώς νέα αέρια.

Τα δύο σενάρια που προκύπτουν είναι μια ατμόσφαιρα κυρίως από διοξείδιο του άνθρακα, μια ακραία «super-Αφροδίτη», ή μία κυρίως από διοξείδιο του θείου, κάτι σαν ηφαιστειακή «super-Ιώ». Οι ίδιοι οι συγγραφείς σημειώνουν ότι τα νούμερα εξαρτώνται από το μοντέλο και ότι τα φάσματα του Webb δεν δείχνουν ακόμη σαφή υπογραφή διοξειδίου του θείου.

Η σημασία ξεπερνά τον συγκεκριμένο πλανήτη. Οι ατμόσφαιρες βραχωδών εξωπλανητών είναι από τους βασικούς στόχους του Webb, και η μελέτη του 2025 για τον TOI-561 b είχε ήδη χαρακτηριστεί από το Carnegie Science η ισχυρότερη ως τότε ένδειξη ατμόσφαιρας σε βραχώδη πλανήτη εκτός Ηλιακού Συστήματος. Αν οι πλανήτες λάβας μπορούν να κρατούν παχιά, ανακλαστικά περιβλήματα, τότε η απλή μέτρηση της θερμοκρασίας τους δεν αρκεί για να συμπεράνουμε τι υπάρχει πάνω τους. Ένας «ψυχρός» πλανήτης μπορεί να είναι απλώς ένας πλανήτης που φοράει αντηλιακό. Για τον TOI-561 b, τα δεδομένα δείχνουν σε αυτή την κατεύθυνση· η σύνθεση του «αντηλιακού» παραμένει ανοιχτό ερώτημα.