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新發現:系外「熱木星」的金屬雲會下寶石雨


一個由美國航空航天局(NASA)領導的科學家團隊確定了一顆距離地球325光年的「熱木星」——WASP-18b。這顆系外行星的溫度之高,超出地球人的想像。

這項研究成果發表在《自然-天文學》雜誌上。根據研究,WASP-121B是一顆氣體巨行星,圍繞著一顆距離地球約855光年的恆星運行。更令人稱奇的是,這顆炙熱的行星可能不但擁有金屬雲,還可能會下液體寶石雨。

這顆行星於2015年首次被發現。科學家認為它是一顆類似木星的超熱行星,比我們太陽系中最大的行星更熱,質量和直徑也更大。

隨著研究的深入,研究人員越發發現WASP-121B的奇特之處。

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這顆系外行星有一個發光的水蒸氣大氣層,並且由於來自它所環繞的恆星的強大引力,「熱木星」變成了足球的形狀。

每隔30小時,WASP-121B就會完成一個軌道運行,並且就像月球對地球一樣,被潮汐鎖定(tidally locked)。這意味著這顆行星的白晝面(日面,向光一側),總是面向恆星。另一邊則是沒完沒了的黑夜,面向太空。而兩邊的亮度和溫度差異都很大。

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「WASP-121B的夜面比它的日面要暗10倍左右。」該研究報告共同作者、麻省理工學院天體物理學博士後研究員坦蘇‧戴蘭(Tansu Daylan)在一份聲明中說,「熱木星以其非常明亮的白晝面而聞名。」

科學家們還發現該星球上晝夜溫差巨大。通過追蹤WASP-121B上的水循環,他們發現,白天「熱木星」大氣層最深處的溫度最低為4,040華氏度(2,227攝氏度),到了最頂層高達5,840華氏度(3,227攝氏度);而夜間相對要「涼爽」得多,最高溫度是2,780華氏度(1,527攝氏度),在大氣層上部降到2,240華氏度(1,227攝氏度)。

而晝夜巨大的溫差也給水循環帶來不同於地球的模式。在地球上,水蒸發後,水汽凝結成雲,然後釋放出雨水。在WASP-121上,水的循環過程則要「瘋狂」得多。

白天,這顆行星上的水分子被每小時超過11,000英里(17,703公里)的風颳到了溫度稍低的夜面。在那裡,這些分子再次聚集在一起形成水,然後再次被推到日面。

戴蘭說:「這些風比我們的噴氣流快得多,可能可以在大約20小時內將雲層移過整個行星。」他之前利用美國航空航天局(NASA)的淩日系外行星調查衛星(Transiting Exoplanet Survey Satellite)任務數據對該行星做了研究。

為了更好地了解其大氣層和外星天氣,天文學家動用了哈勃太空望遠鏡對其進行研究。

根據研究,這顆行星夜面的溫度足以形成由鐵和剛玉組成的金屬雲。剛玉是紅寶石和藍寶石中的一種礦物質。

就像水蒸氣在WASP-121B上循環一樣,這些金屬雲可能會被推到日面,在那裡金屬會蒸發成氣體。但是在雲層離開夜面之前,它們可能會釋放出由液體寶石組成的雨。

該研究主要作者、德國馬克斯‧普朗克天文學研究所(Max Planck Institute for Astronomy)研究小組組長托馬斯‧米卡爾-埃文斯(Thomas Mikal-Evans)說:「通過這次觀測,我們真正獲得了一顆系外行星氣象學的全球視野。」

「儘管發現了數千顆系外行星,但由於觀測的挑戰性,我們只能研究一小部分大氣。」他說,對「熱木星」的研究已經超越了以往的侷限性,「而是將其作為真正的三維系統來研究」。

米卡爾-埃文斯領導了這項研究,當時他是麻省理工學院卡夫里天體物理學和空間研究所(Massachusetts Institute of Technology’s Kavli Institute for Astrophysics and Space Research)的博士後。

天文學家們將在今年晚些時候使用詹姆斯‧韋伯太空望遠鏡(Webb Space Telescope)觀測WASP-121B。

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