哈勃在超热木星上探测极端天气

这是围绕蓝白色恒星运行的行星 KELT-20b 的艺术家插图。 巨大的星球是这样的 close 对它的恒星(500 万英里)来说,来自恒星的紫外线辐射的洪流将地球的大气层加热到超过 3,000 华氏度。 这会形成一个热层,其中大气温度随海拔升高而升高。 这是迄今为止从哈勃太空望远镜收集到的最好的证据,证明了一颗主星直接影响了行星的大气层。 这颗沸腾的行星距离我们 456 光年。 图片来源:NASA、ESA、Leah Hustak (STScI)

在研究一类独特的超热系外行星时,美国宇航局哈勃太空望远镜的天文学家可能会随着卡吕普索派对歌曲“热,热,热”跳舞。 那是因为这些臃肿的木星大小的世界如此不稳定 close 对他们的母星来说,他们在 3,000 华氏度以上的沸腾温度下被烘烤。 这足以蒸发大多数金属,包括钛。 它们拥有有史以来最热的行星大气。

在两篇新论文中,哈勃天文学家团队正在报告这些炙热世界的奇异天气状况。 它正在一颗行星上下雨蒸发的岩石,而另一颗行星的高层大气变得更热而不是更冷,因为它正在被来自其恒星的强烈紫外线 (UV) 辐射“晒伤”。

这项研究超越了简单地发现奇怪和古怪的行星大气。 研究极端天气可以让天文学家更好地了解我们银河系遥远世界中发生的多样性、复杂性和奇异化学。

“我们仍然对不同行星环境中的天气没有很好的了解,”马里兰州巴尔的摩市约翰霍普金斯大学的大卫辛说,他是正在报道的两项研究的合著者。 “当你观察地球时,我们所有的天气预报仍然精确地调整到我们可以测量的范围内。但是当你去遥远的系外行星时,你的预测能力有限,因为你还没有建立一个关于大气中的一切怎样发生的一般理论在一起并对极端条件做出反应。即使你知道基本的化学和物理,你也不知道它会以复杂的方式表现出来。

在 4 月 6 日《自然》杂志上的一篇论文中,天文学家描述了哈勃对 WASP-178b 的观测,该 WASP-178b 位于大约 1,300 光年之外。 在白天,大气是无云的,富含一氧化硅气体。 由于行星的一侧永久面向其恒星,炎热的大气层以超过每小时 2,000 英里的超级飓风速度向夜间旋转。 在黑暗的一面,一氧化硅可能冷却到足以凝结成从云层中倾泻而下的岩石,但即使在黎明和黄昏,这颗行星也足够热,可以蒸发岩石。 犹他州奥勒姆犹他河谷大学的乔什·洛林格说:“我们知道我们已经看到了这种一氧化硅特性非常有趣的东西。”

在 1 月 24 日出版的《天体物理学杂志快报》上发表的一篇论文中,马里兰大学帕克分校的Guangwei Fu 报道了一颗超热的木星KELT-20b,它位于大约400 光年之外。 在这颗行星上,来自其母星的紫外线爆炸正在大气中形成一个热层,就像地球的平流层一样。 “直到现在,我们才知道主星怎样直接影响行星的大气层。有很多理论,但现在我们有了第一批观测数据,”傅说。

相比之下,在地球上,大气中的臭氧会吸收紫外线并升高地球表面上方 7 至 31 英里的层的温度。 在 KELT-20b 上,来自恒星的紫外线辐射正在加热大气中的金属,从而形成了非常强的逆温层。

证据来自哈勃在近红外观测中对水的探测,以及来自美国宇航局斯皮策太空望远镜对一氧化碳的探测。 它们通过逆温层产生的炽热透明的高层大气辐射。 这一特征与天文学家在围绕较冷恒星(如我们的太阳)运行的热木星大气中看到的情况不同。 “KELT-20b的发射光谱与其他热木星完全不同,”傅说。 “这是令人信服的证据,表明行星并非孤立存在,而是受到其主星的影响。”

尽管超热的木星不适合居住,但这种研究有助于为更好地了解可能适合居住的类地行星的大气铺平道路。 “如果我们无法弄清楚我们拥有可靠可靠观测数据的超热木星上发生了什么,我们就没有机会通过观察类地系外行星来弄清楚在较弱光谱中发生了什么,”洛林格说。 “这是对我们技术的测试,使我们能够对云的形成和大气结构等物理特性有一个大致的了解。”