Модели экзонептунов: исходящие потоки и альбедо

[vika vorobyeva]

Группа товарищей из Аризонского университета моделирует экзопланеты с массами порядка массы Нептуна и прикладывает полученные результаты к транзитным нептунам GJ 436 b и HAT-P-11 b. Модели одномерные. Рассчитаны радиусы планет в зависимости от расстояния до родительской звезды (0.3, 0.5, 0.1, 0.25 и 0.5 а.е.), температурные профили, альбедо в зависимости от длины волны, непрозрачность атмосферы и пр. Наглядная таблица и много красивых графиков.
Просуммированы интересные выводы:
1. Для планет GJ 436 b и HAT-P-11 b наблюдения на волнах 4 и 10 мкм (измерение отношения потоков на этих волнах) позволят определить разницу температур между ночным и дневным полушариями.
2. Отношение потоков на 7 мкм и 4.6 мкм позволит определить, существует ли сильно поглощающая свет дымка в верхних слоях атмосферы этих планет.
3. Модели планеты GJ 436 b без учета такой дымки предсказывают более тусклую планету, нежели уже измерено Деммингом в 2007 году. Отсюда авторы делают вывод, что в атмосфере GJ 436 b такая дымка есть.
4. Модели обеих планет (GJ 436 b и HAT-P-11 b) предсказывают альбедо в районе 0.3 для синего края оптического спектра и низкое - для более длинных волн. Иначе говоря, оба очень теплых нептуна должны выглядеть синими!
В общем, статья для неспешного изучения

http://fr.arxiv.org/abs/0909.2043

[Foma]

4. Модели обеих планет (GJ 436 b и HAT-P-11 b) предсказывают альбедо в районе 0.3 для синего края оптического спектра и низкое - для более длинных волн. Иначе говоря, оба очень теплых нептуна должны выглядеть синими!

GJ 436 - тусклый красный карлик. В его излучении мало синего цвета и в свете, отраженном планетой, синего не будет тоже. Там должны преобладать оранжево-красно-бурые оттенки.

[Olweg]

Возможно, будут выглядеть зеленоватыми.

[vika vorobyeva]

Температура вольфрамовой спирали лампы накаливания составляет около 3000К (но не выше 3695К - температуры плавления вольфрама). Температура фотосферы звезды GJ 436 - 3684 −55/+87 К. Отсюда видно, что свет этой звезды будет даже более белым, чем свет большинства электрических ламп накаливания. Понятно, что этот свет гораздо более "теплый", чем солнечный, но синие и тем более зеленые оттенки в нем прекрасно видны.

[Olweg]

Вика, действительно! Для того, чтобы оценить освещение красного карлика класса М5, достаточно включить лампочку накаливания Хотя спектр всё же будет отличаться.

[Dayan]

Температура вольфрамовой спирали лампы накаливания составляет около 3000К (но не выше 3695К - температуры плавления вольфрама). Температура фотосферы звезды GJ 436 - 3684 −55/+87 К. Отсюда видно, что свет этой звезды будет даже более белым, чем свет большинства электрических ламп накаливания. Понятно, что этот свет гораздо более "теплый", чем солнечный, но синие и тем более зеленые оттенки в нем прекрасно видны.

Это правда, ведь такие звезды часто представляются светящимися интенсивно красным светом, как монохроматический лазер. Вот более "теплый" свет означает лишь то, что большая доля излучения приходит от M-звезды в инфракрасном диапазоне.
Про свойства нептунов: радиусы нептунов в гораздо большей степени зависят от расстояния до звезды и мощности её излучения (т.е. от температуры на поверхности планеты), чем горячие юпитеры - думаю так, но очевидно ли, если мы не станем рассматривать различный хим состав? И могут ли суперземли, имея мощную атмосферу (скажем 5% массы всей планеты), выглядеть как будто нептунами, или это уже и есть нептуны? Где можно провести грань между нептунами и массивными суперземлями (с какой доли от массы должно быть легких веществ у нептунов)?

[Foma]

Температура фотосферы звезды GJ 436 - 3684 −55/+87 К. Отсюда видно, что свет этой звезды будет даже более белым, чем свет большинства электрических ламп накаливания. Понятно, что этот свет гораздо более "теплый", чем солнечный, но синие и тем более зеленые оттенки в нем прекрасно видны.

Вопрос цвета звезд и планет имеет четкие количественные свойства, каковые я потрудился изучить этим вечером с помощью небольшой программы, преобразовывающей произвольный спектр видимого диапазона в цветовую модель CIE XYZ и далее в RGB.  По результатам могу сообщить следующее:
1) звезда Gj 436 с температурой 3684 К действительно не красная, а имеет приятный оранжево-кирпичный оттенок,
2) цвет планеты, отражающей свет звезды, решительным образом зависит от спектрального закона ее альбедо. Если альбедо убывает слабо (линейно), то цвет планеты мало отличается от цвета звезды -  уменьшается вклад от длинноволновой части и планета выглядит светло-желтой или песочной. Чем сильнее убывает альбедо, тем более смещается цвет планеты к золотистым и зеленоватым оттенкам. Для того, что бы планета выглядела фиолетовой или синей, необходим очень резкий спад альбедо начиная с некоторой длины волны (400-500 нм). Подобная зависимость вероятно исполняется  для Нептуна из Солнечной системы, но горячие нептуны других систем могут сильно от него отличаться в этом отношении.
Данные закономерности иллюстрирует нижеследующий рисунок, где представлены видимый спектр излучения GJ 436 (верхняя кривая), спектр отраженного изучения при линейном убывании альбедо (средняя кривая) и спектр отраженного изучения при резком спаде альбедо (нижняя кривая) . Цвета звезды и планеты для сих трех случаев показаны на врезке слева, в количественном исчислении они задаются в модели RGB как (255,203,119), (255,203,119) и (203,171,255)
Аналогичным способом при наличии приемлемого спектрального закона альбедо можно установить физически достоверный цвет других экопланет