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金属热成蒸汽,行星被拉成橄榄球,它的诡异程度夺人眼球

本文参加百家号#科学了不起#系列征文赛。尽管目前已经发现了很多系外行星,其中不乏靠近宿主恒星的高温天体,但热成这样的还真是少数。在观测到WASP-121b后,天文学家们最先想到的大概就是这句话吧。WASP-121b在2015年的时候就被天文学家发现了,距离我们大约850光年。它的直径大约是木星的1.81倍,质量也比木星大了18%左右。最令人惊讶的是,它距离自己的宿主恒星非常近,大概只有0.02544天文单位,也就是380万公里,仅仅是地月距离的10倍,只有水星和太阳平均距离的6.6%。因此,它的公转速度也非常快,只需要1.27个地球日就能度过它自己的一年。它的宿主恒星也不含糊,是一颗直径有太阳1.46倍、质量是太阳1.35倍的恒星,其表面温度也比太阳更高,达到了6460K。在距离这样的宿主恒星如此近距离的情况下,WASP-121b的温度自然也低不了。观测结果表明,它的表面温度达到了2500-3000摄氏度!从温度到体积,WASP-121b都完美地符合了热木星这个行星分类的特征。尽管这还不是我们迄今为止发现的最高温行星,但仍然令科学家吃了一惊。要知道,这个温度已经比一些恒星还要高了,占据银河系大部分的红矮星中有相当一部分都达不到3000℃。另外,因为过于靠近宿主恒星,WASP-121b受到的潮汐力也更大,这就导致它被拉得很扁,就像是宇宙中的橄榄球。对于这样极端的天体,天文学家们一直是非常好奇的,因此对它也非常关注。2017年的时候,他们在WASP-121b上发现了水的痕迹,这也是第一颗在平流层被发现水的系外行星。不过,鉴于它表面的恐怖温度,这些水对于生命来说已经毫无意义。不过,它的大气之中还有其他值得注意的地方。根据早期的观测结果,科学家们在它的大气之中发现了稀有金属钒。钒的沸点在3000℃左右,因此它在WASP-121b上确实可能以气体的形式存在于大气之中。检测系外行星的大气成分并不是一件容易的事,毕竟它们距离地球太远了。但是,科学家们还是找到了方法,那就是光谱检测。当光线穿过不同气体的时候,某些波长的光就会被吸收或者增强,最终产生不同的光谱,科学家可以通过这些光谱反推出气体的成分。想要采用光谱法,那就需要一个重要条件,那就是光线穿过系外行星大气层。好在,系外行星的旁边还有宿主恒星。不过,只有在系外行星的轨道平面大致经过地球位置的时候,我们才能看见系外行星运行到宿主恒星和地球之间,这就是所谓的掩星。在掩星的时候,宿主恒星的光线就会穿透系外行星,来到地球,供科学家分析研究。说起来简单,但是执行起来难度依然非常大。这是因为,这些光本来就非常微弱,而且在穿越了茫茫宇宙之后,势必会伴随着很多的噪音。因此,在接收到信号之后,科学家首先要给它们进行降噪处理。降噪的方法很简单,那就是通过多次拍摄来实现。如果我们拍摄10次掩星的光谱,然后叠加,那么光谱的强度就会变成10倍。同时,由于这些噪音不是随时存在的,所以并不会被增强,或者说很容易被科学家辨识并抹去。图片说明:科学家模拟WASP-121b掩星效果这就对系外行星有一定的要求了,那就是公转周期必须短。如果是像地球这样一年公转一圈的系外行星,拍摄10次就是10年;如果是木星这样公转周期是12年的,恐怕一位天文学家一辈子也拍摄不到几张。而像WASP-121b这样一天多一点就能公转一圈的系外行星,就是利用这个方法进行观测的绝佳对象了。为了获得WASP-121b的增强光谱,瑞士伯尔尼大学和日内瓦大学的天文学家JeHoeijmake和他的团队利用欧洲南方天文台LaSilla3.6米望远镜上的HARPS光谱仪,对它的三次掩星进行了拍摄以及重新处理,获得了一些有趣的发现。分析结果表明,WASP-121b的大气中不仅有钒,而且还有许多其他金属,如铁、铬、钙、钠、镁和镍等。另外,和之前的研究结果一样,他们没有在这里发现钛。这些金属元素无一例外,沸点都在3000℃以下,因此可以蒸发到大气中,在WASP-121b的上空构成了有趣的金属鸡尾酒。而且,由于距离宿主恒星过于接近,WASP-121b上大量普通的气体分子都被吹散,因此大气中的金属气体比例极高。Hoeijmake说:由于WASP-121b的各个角落都如此高温,这些金属全部都蒸发了,这就导致了这颗系外行星的大气层充满了金属的气体。热木星是宇宙中一种非常常见的天体,但又是太阳系所不具备的。因此,这种对大气层的分析可以很好地帮助我们了解这种神秘的行星。没有人知道这些热木星为何能够在距离宿主恒星如此近的位置上,通过对它们大气层的研究,或许可以帮助科学家搞清楚:这些热木星到底是一出生就位于如此靠近宿主恒星的位置上,还是出生在遥远的地方,后来慢慢迁移到这里的。这也有助于我们了解太阳系的演化过程,我们需要知道,到底是什么原因导致太阳系没有热木星出现。如果太阳系真的曾经拥有一颗热木星,地球是否还能孕育生命呢另外,这样的光谱分析,也是科学家继续发展的一个方向。未来他们会继续致力于提高这些光谱仪的精度,从而检测到更多种的元素、物质,包括氧气和甲烷等对于孕育早期生命必不可少的分子,这对于我们寻找地外生命来说同样十分重要。举报/反馈

金属热成蒸汽,行星被拉成橄榄球,它的诡异程度夺人眼球

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