哈勃发现发光水气层外行星 证实太阳系外行星有平流层

为了研究WASP-121b的平流层,科学家用哈勃望远镜的光谱分析能力分析了大气层中的不同分子是如何对特定波长的光进行反应的。例如,对应某些特定波长的光,大气层中的水蒸气在不同温度下的表现是可预测的。

  原标题:哈勃发现拥有发光水气层的外行星

  科学家已经发现了目前能够证实太阳系外的行星(即外行星)具有平流层的最强证据。平流层是大气层的一层,温度随着海拔高度的上升而升高。

  加州硅谷埃姆斯特朗研究中心研究合作者Mark Marley表示,“这是个令人激动的结果,因为它表明太阳系的大部分大气层所具有的共同特征——一个温暖的平流层,在其他外行星大气中也存在。”“我们现在可以把外行星大气层中的过程,与我们太阳系在不同情况下发生的同过程进行比较。”

哈勃发现发光水气层外行星

  这颗行星大气层的顶部被加热到炽热的4600华氏度(2500摄氏度),温度高到足以煮沸一些金属。

  图像来源:NASA, ESA, and G. Bacon (STSci)

  在《自然》上的发表的研究报告中,科学家们用NASA哈勃望远镜传回的数据分析了WASP-121b。WASP-121b是一种被称为“热木星”的外行星。它的质量是木星的1.2倍,半径是木星的1.9倍,这让它比木星更膨胀。木星每12年绕太阳旋转一圈,但是WASP-121b公转一圈仅需要1.3天。这颗外行星离其母恒星非常接近,如果它再接近一点,其母恒星的重力将会开始把它扯裂。这还意味着这颗行星的大气层顶部被加热到炽热的4600华氏度(2500摄氏度),温度高到足以煮沸一些金属。WASP-121星系估计距地球900光年,这是一段很长的距离,但是按照银河系标准而言,还算近的。

  之前的研究发现,WASP-33b和其他几颗热木星可能具有平流层的迹象。这个新的研究呈现了目前为止最好的证据,因为科学家们首次发现了热水分子的标记。

  英国埃克塞特大学的首席作者Tom Evans表示:“理论的模型已经表明平流层可能定义了一类迥然不同的超热行星群,并且富含对其大气物理学和化学的重要启示。”“我们的发现支持了这个想法。”

  为了研究WASP-121b的平流层,科学家用哈勃望远镜的光谱分析能力分析了大气层中的不同分子是如何对特定波长的光进行反应的。例如,对应某些特定波长的光,大气层中的水蒸气在不同温度下的表现是可预测的。

哈勃发现发光水气层外行星

  这幅艺术概念图描绘的是热木星WASP-121b,它提供了外行星具有平流层的最佳证据。

  图片来源:Engine House VFX,埃克塞特大学布里斯托科学中心

  星光能够深入穿透行星的大气层,使其气体的温度上升。这些气体将其热量以红外光的形式辐射到太空。如果大气层顶部存在较冷的水蒸气,水分子将会防止某些波长的光逃逸到太空。但是如果大气层顶部的水分子温度较高,它们会在相同的波长发光。

  加利福尼亚州帕萨迪纳市NASA喷气推进实验室的研究合作者,Tiffany Kataria表示,“从水中散发出的光表明平流层的温度随着高度的上升而升高。根据哈勃望远镜即将发回的数据,我们有望探索出这种特性可维持的经度有多高,这非常振奋人心。”

  这个特殊的现象与放烟花相似,通过化学物质放射出光使火焰呈现不同的颜色。当金属物质加热蒸发时,它们的电子跃进到更高能的状态。根据不同的材料,这些电子在失去能量时发射出波长特定的光。比如,钠发出橘黄-黄色的光,锶发出红色的光。相似的,当WASP-121b大气层中的水分子失去能量时,也释放出辐射,但辐射形式是人类肉眼无法观测到的红外光。

  在地球的平流层中,臭氧吸收太阳发出的紫外线辐射,使这一层的温度升高。太阳系其他的行星也具有平流层,比如木星和土星的卫星泰坦(土卫六Titan),二者的平流层是由甲烷加热的。

  这个360°的动画描绘了行星WASP-121b,一颗大气层中有发光水汽的外行星。WASP-121b是一种被称为‘热木星’的外行星,其大气层的温度高到足以煮沸铁。这颗行星以非常接近其母恒星的轨道运行,位于距地球约900光年的船尾座 (Puppis星座)。

  在太阳系行星中的平流层,温度变化一般在100华氏度(56摄氏度)左右。在WASP-121b上,平流层的温度上升了1000华氏度(560摄氏度)。科学家现在还不知道是什么化学物导致了WASP-121b大气层这样的温度飚升。氧化钒和氧化钛是可能的候选,因为它们在褐矮星中比较常见,这些“失败的恒星”和外行星存在某些共性。这些化合物预计只可能出现在最热的热木星上,因为它们需要高温来保持气态。

  马里兰州格林贝尔特NASA戈达德太空飞行中心,这个项目的合作者Hannah Wakeford表示:“这颗超热的外行星将会成为我们平流层模型的基准,并且它将成为韦伯望远镜时代(Webbera)伟大的观察目标。”

  哈勃望远镜是一个由NASA和ESA进行的国际合作项目。马里兰州格林贝尔特NASA戈达德太空飞行中心管理望远镜。位于马里兰州巴尔的太空望远镜科学研究所(STScl)负责哈勃望远镜的科学运作。STScl由华盛顿天文研究所大学协会为NASA运作。加州理工学院为NASA管理JPL。

责任编辑:谭雅文
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