系外行星被发现可能有金属蒸气云和液态宝石
来源： 中国数字科技馆 发布时间：2022-05-07
855光年外的一颗巨大的系外行星是如此的特别，它可能有金属汽化的云和液体红宝石和蓝宝石。
这是天文学家在探测其大气层后得出的结论——这是迄今为止最详细的分析，首次揭示了这颗系外行星永久夜面的状态。
德国马克斯·普朗克天文研究所的天文学家thomas mikal-evans说:“尽管发现了数千颗系外行星，但由于观测的挑战性，我们只能对其中一小部分的大气进行研究。”
他补充说：“我们现在已经超越了对系外行星大气特定区域的孤立观测，而将它们作为真正的三维系统来研究。”
这颗系外行星是我们迄今为止看到的最著名、研究最深入的行星之一。它被称为wasp-121b，于2015年首次被发现，是一颗质量约为木星1.18倍、体积为木星1.81倍的气态巨星，围绕其恒星运行的轨道距离只有1.27天。在被发现两年后，wasp-121b成为第一个在平流层中发现水的系外行星。
然而，wasp-121b并不太适合居住。因为其轨道距离宿主恒星如此近，它非常非常热，温度在1500到3000开尔文（1227到2727摄氏度，或2240到4940华氏度）之间。
wasp-121 b的大小及其与主星wasp-121的距离，使它毫无疑问地属于热木星，即与宿主恒星的轨道距离小于10天的气态巨型系外行星。在迄今为止确认的近5000颗系外行星中，超过300颗属于这一极端类别，但wasp-121 b被称为超热木星的“原型”。
由于它在如此近的轨道上，wasp-121b也与它的恒星潮汐锁定，当一个轨道上的物体以与它的轨道相同的速度旋转时，就会发生这种情况。这意味着系外行星的一边总是面对着它的恒星，永远处于炎热的白天，而另一边总是背对着它的恒星，处于永久的黑暗中。之前对wasp121b大气层的探测发现，在其昼侧的大气层中有重金属的蒸汽。
它的夜晚更难探测，因为它比白天的一面要暗10倍左右。为了获得关于整个系外行星的更详细信息，mikal-evans和他的团队使用哈勃太空望远镜观察了wasp-121b的两个完整轨道，合并了白天和夜晚的数据，看看其大气层整体情况。
这种详细的、不断变化的光谱使他们能够首次观察和重建一颗系外行星的完整水循环。
“我们看到了这些特征，并绘制了它在行星轨道的不同位置的变化情况。”mikal-evans解释说，“这编码了关于星球大气层的温度随高度变化的信息”。
在地球上，水循环包括水循环通过蒸汽、液体和固体（冰）的相变。在wasp-121b上，即使是在夜间，温度对于水的固态或液态来说都太高热了。相反，在白天，如果温度超过3000开尔文，水分子的能量损失会导致它们在红外波长中发光。温度会导致它们均匀分解成氢和氧。
夜晚的那一面要凉爽得多，尽管以地球的标准来看仍然非常热，温度低至1500开尔文。这两个半球之间的极端温差造成了一个永久性的气压差，从而产生了猛烈的西风，将水分子和原子卷走。
麻省理工学院的天体物理学家tansu daylan说：“这些风比我们的喷射流快得多，可能在大约20小时内将云吹过整个星球。”
当这些风到达wasp-121 b的夜间侧时，温度足够低，使水回到蒸汽状态，然后再被带到白天侧。
但是水并没有凝结成云的。相反，该小组的研究表明，夜间的温度足够低，之前在wasp-121b大气中探测到的金属可以形成云。这些物质包括钒、铁、铬、钙、钠、镁和镍；但有趣的是，没有铝或钛。
研究小组认为这些元素可能已经凝结并沉入wasp 181 b的大气层深处，以至于我们无法探测到它们。在那里，铝可能与氧气结合，形成矿物刚玉——一种氧化铝的结晶形式。在地球上，当与微量的其他金属，如钒、铁、铬或钛混合时，它会形成红宝石和蓝宝石。
这意味着可能有珍贵的宝石雨洒在wasp-181b上。尽管海王星和天王星也可能落下珍贵的宝石——不过无论如何，我们都没有希望收获它们，但wasp-181b向我们展示了在不同的世界中存在什么迷人的多样性。
该团队已经向新发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜预约了时间，对wasp-181 b进行更多的观测。他们希望能发现一氧化碳，从而了解更多关于热木星是如何形成的。科学家认为它们不可能在离恒星很近的地方诞生，根据目前的行星形成模型，引力、辐射和强烈的恒星风应该会阻止气体聚集在一起。韦伯望远镜的观测可能有助于解开这个谜团。
mikal-evans说：“这将是我们第一次在这颗行星的大气中测量含碳分子。”“大气中碳和氧的含量为这些行星的形成提供了线索。”
该团队的研究发表在《自然天文学》上。
（独家编译：科幻世界）
本文来自： sciencealert
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