日夜差异超过1000摄氏度的太阳系外行星


日夜差异超过1000摄氏度的太阳系外行星


文章图片


日夜差异超过1000摄氏度的太阳系外行星


天文学家们在太阳系之外发现了很多与我们太阳系中其它行星完全不同的行星 。 很多系外行星都是和木星一样大的气体星球 , 它们的轨道只需要几天就能绕着它的母恒星转一圈 。
这些巨大的太阳系外气体行星被称作“热木星” , 它们常常隐藏在我们的母星的光线里 , 我们不能直接观测到 。
但他们是最易于通过凌日观测的星球 。 凌日法可以间接地推测出太阳系外行星的存在 , 当一个星球从它的前面经过(这个过程被称作“凌”)时 , 它的可视亮度会有轻微的降低 。

在这段时间里 , 天文学家们还可以通过观测恒星大气层中的各种气体来测量它们的大气组成 。 不过 , 这仅仅是关于这个星球上某个地区的状况 。
在一次有关WASP-121b的最新研究中 , 天文学家们通过对一颗热木星的大气层进行了详细的分析 。
而在距离主星很近的地方 , 它的一边是白昼 , 一边是黑夜 。
这种“昼面”的温度会非常高 , 有时候比最寒冷的星球还要高 , 这要看它的运行轨迹和它的距离 。 天文学家能够通过计算出恒星和行星的总光量 , 并将其与其自身的亮度相比较 , 以此来测量其白昼表面的温度 。
在2015年 , WASP-121b是由超级天文望远镜发现的 。 这里的日平均气温在226.85℃以上 。
这个巨大的气态星球是以氢气和氦气为主的 , 另外还有一些像水蒸气这样的气体 。 但是 , 在WASP-121b这样的高温下 , 分子会被分解为不同的原子 , 甚至能使电子脱离原子核 , 从而产生完全不同于其它星球的大气化学特性 。
【日夜差异超过1000摄氏度的太阳系外行星】
研究者们正在考虑的一个重要问题是 , 对超级高温星球WASP-121b来说 , 它那漆黑的“夜面”又会怎样呢?
这里没有星光 , 永远都是一片漆黑 。 要想让夜晚变暖 , 唯一的办法就是把白昼的热量 , 从行星大气中吹进来 。
但是 , 研究者们认为 , 即便是最温暖的太阳系外气体巨行星 , 在白昼与黑夜之间存在着很大的温差 , 从而导致了大气化学过程的连锁效应 。
要了解WASP-121b夜晚的情况 , 唯一的方法就是对它和它的母星进行全面的观察 。 随着行星的不同表面在视野中转动 , 天文学家能够通过观测到不同波长的光线在这个系统中的细微变化 。
通过这些测量 , 研究者们可以对这颗星球的地表进行绘图 , 并且将日间和夜晚的气层进行对比 。 现在 , 由于需要寻找的信号非常微弱 , 所以这个方法只能应用于一些星球 。
但是 , 对于将来的探索 , 天文学家们还是很有信心的 , 他们使用了最新的詹姆斯·韦伯空间望远镜 。
该小组利用哈勃空间望远镜观察到了太阳系外行星WASP-121b的两个全轨道 , 并测量了它的大气 。 他们用哈勃空间望远镜的一个装置 , 观测到了对地球大气中的水汽非常敏感的光谱 。
研究者们对比了各个轨道上的观察结果和电脑产生的模式 , 来测量这个时期的水汽含量和这个时期的不同海拔的气温 。

科学家们发现 , WASP-121b一天中的温度差异在1000℃以上:夜间表面约为1500 K(1230℃) , 而在较高的地方 , 白天的气温将会高达2500 K(2230℃) 。
由于白昼表面的高温 , 气体分子会在白天迅速解体 , 但是随着夜晚的空气被吹散 , 这些分子就会重新聚集起来 。
这表明WASP-121b的特性与水循环相似 。 然而 , 在WASP-121b上 , 与地球不同的是 , 水没有凝结成液态 , 而是在气化前形成了云团;反之 , 这个星球上的水分子也会经历分裂和重组 。
WASP-121b并非没有云 。 至少在这个星球的夜晚表面 , 因为气温很低 , 矿物(在地球上 , 矿物一般都是来自固态岩石 , 但是在超级热星球的大气层里 , 我们已经发现了矿物能以气体的形式存在)会凝结成云 。
WASP-121b的夜晚 , 天空中的红宝石和蓝宝石更是如此 , 科学家们的观测表明 , 夜晚的大气层非常适宜于由刚玉(构成宝石的矿物)凝聚成微尘 。
观测太阳系外行星WASP-121b的水循环可以帮助确认研究者们关于极热行星的某些预言 , 同时也为天文学家们在这些极端环境中的大气变化提供了更多的可能 。

推荐阅读