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