Ο Δίας είναι ο μεγαλύτερος πλανήτης στο Ηλιακό μας σύστημα. Όσον αφορά τη μάζα, ο Δίας ξεπερνά σε όγκο τους άλλους πλανήτες. Αν θα συγκεντρώναμε όλους τους υπόλοιπους πλανήτες του Ηλιακού μας συστήματος σε μια ενιαία μάζα, ο Δίας θα είχε 2,5 φορές περισσότερη μάζα από όλους. Είναι δύσκολο να υποτιμήσουμε πόσο τεράστιος είναι ο Δίας.
Αλλά καθώς ανακαλύψαμε χιλιάδες εξωπλανήτες τις τελευταίες δεκαετίες, δημιουργείται μια ενδιαφέρουσα ερώτηση για το πώς συγκρίνεται ο Δίας με άλλους πλανήτες. Με άλλα λόγια, πόσο μεγάλος μπορεί να είναι ένας πλανήτης; Η απάντηση είναι πιο ευφυής από όσο νομίζετε...
Εικόνα: NASA / JPL-Caltech
Η απλούστερη απάντηση είναι ότι ένας μεγάλος πλανήτης είναι κάτι πολύ μικρό για να είναι αστέρι. Ο συνήθης ορισμός για ένα αστέρι είναι ότι πρέπει να είναι αρκετά μεγάλο για να συντήξει στον πυρήνα του το Υδρογόνο σε Ήλιο. Σε ένα αστέρι της κύριας ακολουθίας η θερμότητα και η πίεση που παράγονται από τη θερμοπυρηνική σύντηξη αντισταθμίζουν τη εξωτερική πίεση που δέχεται ο αστέρας από την γύρω από αυτόν βαρύτητα.
Τα αστέρια αποτελούνται κυρίως από Υδρογόνο και Ήλιο, και είναι ασφαλές να υποθέσουμε ότι οι μεγαλύτεροι πλανήτες θα έχουν παρόμοια σύνθεση. Ο Ήλιος μας αποτελείται από περίπου 75% Υδρογόνο και 24% Ήλιο, ενώ το υπόλοιπο 1% είναι βαρύτερα στοιχεία. Η σύνθεση του πλανήτη Δία αποτελείται από περίπου 71% Υδρογόνο, 24% Ήλιο και 5% άλλα στοιχεία. Ας υποθέσουμε ότι οποιοσδήποτε μεγάλος πλανήτης αποτελείται από 3 μέρη Υδρογόνο σε 1 μέρος 'Ήλιου.
Όσο δεν λαμβάνει χώρα καμία αντίδραση σύντηξης, ένας μεγάλος πλανήτης θα βρίσκεται σε κατάσταση υδροστατικής ισορροπίας (hydrostatic equilibrium). Αυτό σημαίνει ότι το βάρος όλου του αερίου το οποίο προσπαθεί να καταρρεύσει στον εαυτό του αντισταθμίζεται από την πίεση του αερίου που δεν θέλει να συμπιεστεί. Όσο περισσότερη η μάζα, τόσο περισσότερο συμπιέζεται και γίνεται θερμότερο το εσωτερικό. Με αρκετή μάζα, το εσωτερικό γίνεται αρκετά θερμό ώστε το Υδρογόνο να αρχίσει να συντήκεται σε Ήλιο. Αυτή η κρίσιμη μάζα είναι περίπου 80 φορές η μάζα του πλανήτη Δία. Οτιδήποτε διαθέτει μεγαλύτερη μάζα από τη μάζα αυτή πρέπει να είναι αστέρι.
Αλλά ακόμα και αυτό δεν είναι το καλύτερο ανώτερο όριο, επειδή υπάρχουν αντικείμενα στο σύμπαν γνωστά ως καφέ νάνοι. Τα αντικείμενα αυτά είναι σαν άστρα επειδή δεν βρίσκονται σε υδροστατική ισορροπία. Ο εσωτερικός τους χώρος παράγει θερμότητα σαν ένα αστέρι, και μπορούν να συντήξουν ακόμη Υδρογόνο σε Δευτέριο, αλλά όχι σε Ήλιο. Από την άλλη πλευρά, οι μικρότεροι καφέ νάνοι έχουν ψυχρές, νεφώδεις επιφάνειες, και μοιάζουν με πλανήτη. Το κατώτερο όριο μάζας για έναν καφέ νάνο είναι περίπου 13 μάζες του πλανήτη Δία.
Όσον αφορά τη μάζα, οι 13 μάζες του Δία είναι ένα καλό ανώτερο όριο. Αλλά όταν πρόκειται για μεγάλους πλανήτες, οι πιο ογκώδεις, αυτοί δηλαδή που έχουν μεγάλες μάζες, δεν είναι στην πραγματικότητα και οι μεγαλύτεροι σε μέγεθος.
Εκτιμώμενα μεγέθη πλανητών κατά μάζα σε σύγκριση με τους παρατηρουμενος εξωπλανήτες. Εικόνα: Chen και Kipping
Σε αντίθεση με τα στερεά, τα οποία δεν συμπιέζονται πολύ υπό πίεση, τα αέρια μπορούν να συμπιεστούν σημαντικά. Έτσι, καθώς προσθέτετε μάζα σε έναν αέριο πλανήτη, ο όγκος του δεν αυξάνεται κατά την ίδια ποσότητα. Για παράδειγμα, ο πλανήτης Δίας έχει τριπλάσια μάζα από τον πλανήτη Κρόνο, αλλά είναι λιγότερο από 20% μεγαλύτερος σε όγκο. Επιστρέφοντας στο μοντέλο της υδροστατικής ισορροπίας, οι πλανήτες με μεγάλη μάζα είναι στην πραγματικότητα μικρότεροι σε μέγεθος από τον πλανήτη Δία.
Πριν από λίγα χρόνια ο Jingjing Chen και ο David Kipping εξέτασαν πως το μέγεθος ενός πλανήτη μπορεί να ποικίλει ανάλογα με τη μάζα του. [^ 1] Διαπίστωσαν ότι υπάρχει ένα σημείο μετάβασης μεταξύ πλανητών τύπου Ποσειδώνα όπου εδώ η περισσότερη μάζα τείνει να αυξήσει το μέγεθος τους, και πλανητών τύπου Δία όπου η περισσότερη μάζα τείνει απλά να συμπιέζει περισσότερο το αέριο. Αυτό το κρίσιμο σημείο είναι περίπου η μισή μάζα του Δία, οπότε οι μεγαλύτεροι πλανήτες πρέπει να έχουν περίπου αυτή τη μάζα. Αυτό συμφωνεί με την παρατήρηση. Ο μεγαλύτερος επιβεβαιωμένος εξωπλανήτης είναι ο WASP-17b. Είναι περίπου διπλάσιος σε μέγεθος από τον πλανήτη Δία, αλλά έχει μόνο το 49% της μάζας του.
Φυσικά, υπάρχουν άλλοι παράγοντες που μπαίνουν στο παιχνίδι, όπως η σύνθεση και η θερμοκρασία. Οι μεγαλύτεροι γνωστοί εξωπλανήτες τείνουν να είναι καυτοί Δίες οι οποίοι περιφέρονται σε τροχιά γύρω από το μητρικό τους άστρο. Αυτό σημαίνει ότι είναι πολύ πιο θερμοί και λιγότερο πυκνοί από έναν ψυχρό πλανήτη όπως ο Δίας. Ο Δίας έχει επίσης έναν πυκνό βραχώδη πυρήνα, που σημαίνει ότι είναι μικρότερος από ότι θα ήταν αν ήταν δομημένος μόνο από Υδρογόνο και Ήλιο.
Αλλά ακόμα και λαμβάνοντας υπόψη αυτούς τους παράγοντες, οι πλανήτες τύπο Δία είναι σαφώς οι μεγαλύτεροι και οι πιο μαζικοί πλανήτες που μπορούν να υπάρξουν. Ο Δίας δεν είναι ο μεγαλύτερος πλανήτης του σύμπαντος, αλλά είναι ένας από τους γίγαντες του.
Αρχική πηγή-paper: Probabilistic forecasting of the masses and radii of other worlds, από τους Chen, Jingjing, και David Kipping.
……………….*………………..
Ενημερωθείτε για θέματα Αστρονομίας και Επιστήμης στις ομάδες μας στο
Facebook:
Και στο blog: Αστρονομία και Επιστήμη
Πηγές υπάρχουν επίσης και στις παραπομπές του κειμένου (οι λέξεις με τα
μπλε ή κόκκινα γράμματα)
Απόδοση στα Ελληνικά : Δημήτρης Γκίκας.
Για διορθώσεις
μετάφρασης ως προς το πρότυπο κείμενο, απορίες, ή συμπληρώματα, γράψτε
μας: gikasd63@hotmail.com η αφήστε μήνυμα inbox στη
Σελίδα:
Επίσης εάν θέλετε να δημοσιευτεί στο μπλόγκ μας κάποια δική σας εργασία,
άρθρο, ή paper σχετικά με την επιστήμη, αποστείλατε τα άρθρα αυτά συνοδευόμενα
απαραίτητα από τη σχετική βιβλιογραφία, και την σχετική έντυπη
άδεια σας για δημοσίευση στο μπλόγκ μας, στη
διεύθυνση: gikasd63@hotmail.com . Η δημοσίευση είναι εντελώς
δωρεάν.
Εάν, κατά την άποψή σας, υπάρχουν επιστημονικά λάθη στο πρότυπο κείμενο η
ομάδα μας δεν μπορεί να παρέμβει και να το αλλάξει χωρίς την συναίνεση του
αρθρογράφου. Για οποιαδήποτε τέτοια αλλαγή επικοινωνήστε με την πηγή του
άρθρου.
Το κείμενο υπόκειται σε επικαιροποίηση αν υπάρξουν έγκυρες διορθώσεις
ή νέα στοιχεία που αφορούν το θέμα του άρθρου.