天文學(xué)家首次揭示外星行星大氣的三維結(jié)構(gòu)

2025-02-21 11:33?來源 溫州在線

溫州在線天文報(bào)道，天文學(xué)家首次揭示太陽系外的行星WASP-121b的大氣層，這是一顆距離地球900光年的氣態(tài)巨行星。

天文學(xué)家首次破譯了太陽系外一顆行星的大氣層的三維結(jié)構(gòu)，揭示了這顆行星的大氣層有三層，就像婚禮蛋糕一樣，位于一顆熾熱的氣態(tài)行星上，這顆行星圍繞著一顆比太陽更大、更熱的恒星運(yùn)行。

研究人員利用歐洲南方天文臺(tái)位于智利的甚大望遠(yuǎn)鏡的全部四個(gè)望遠(yuǎn)鏡單元，對(duì)WASP-121b（也稱為Tylos行星）的大氣層進(jìn)行了觀察，發(fā)現(xiàn)了具有不同化學(xué)成分和強(qiáng)烈風(fēng)的多層結(jié)構(gòu)。

到目前為止，研究人員已經(jīng)能夠確定太陽系外一些行星（稱為系外行星）的大氣化學(xué)成分，但尚未繪制出垂直結(jié)構(gòu)圖或化學(xué)元素的分布情況。

WASP-121b是一顆“超熱木星”，這是一類大型氣態(tài)行星，它們繞主星運(yùn)行，因此溫度極高。它的大氣層主要由氫和氦組成，就像太陽系最大的行星木星一樣。但WASP-121b的大氣層與以往從未見過的任何大氣層都不一樣。

研究人員通過尋找特定元素的存在來區(qū)分三層。WASP-121b的底層以鐵的存在為特征——由于大氣的驚人熱量，鐵是一種氣態(tài)金屬。風(fēng)將氣體從行星永恒炎熱的一側(cè)吹向較冷的一側(cè)。

中間層的特征是鈉的存在，有一股急流以每小時(shí)約43,500英里（70,000公里）的速度繞著行星旋轉(zhuǎn)-比我們太陽系中的任何風(fēng)都強(qiáng)。上層的特征是氫，這一層的一部分已經(jīng)消失在太空中。

歐洲南方天文臺(tái)和法國(guó)蔚藍(lán)海岸天文臺(tái)拉格朗日實(shí)驗(yàn)室的天文學(xué)家朱莉婭·維多利亞·賽德爾說：“這種結(jié)構(gòu)以前從未被觀測(cè)到，它違背了目前對(duì)大氣行為的預(yù)測(cè)。”她是本周在《自然》雜志上發(fā)表的研究報(bào)告的主要作者。

研究人員還在WASP-121b的大氣中檢測(cè)到了氣態(tài)鈦。在地球上，大氣中不存在鐵和鈦，因?yàn)樗鼈兪枪腆w金屬，這是由于我們的星球溫度低于WASP-121b。地球的高層大氣中確實(shí)有一層鈉層。

“對(duì)我而言，這項(xiàng)研究最令人興奮的部分是，它達(dá)到了現(xiàn)有望遠(yuǎn)鏡和儀器所能達(dá)到的極限，”該研究的共同作者、瑞典隆德大學(xué)天文學(xué)博士生BibianaPrinoth說道。

WASP-121b的質(zhì)量與木星大致相同，但直徑是木星的兩倍，因此體積更大。它位于船尾座方向，距離地球約900光年。光年是光在一年內(nèi)行進(jìn)的距離，為5.9萬億英里（9.5萬億公里）。

WASP-121b被潮汐鎖定，這意味著它的一側(cè)永遠(yuǎn)面向恒星，而另一側(cè)則背對(duì)恒星，就像月球面向地球一樣。面向恒星的一側(cè)溫度約為4,900華氏度（2,700攝氏度/3,000開爾文）。另一側(cè)溫度約為2,200華氏度（1,250攝氏度/1,500開爾文）。

這顆行星繞恒星運(yùn)行的距離約為地球到太陽距離的2.5%。它與恒星的距離比我們太陽系最內(nèi)層的行星水星到太陽的距離近約三分之一——如此近以至于它只需1.3天就能完成一次公轉(zhuǎn)。

它的主恒星名為WASP-121，其質(zhì)量和直徑約為太陽的1.5倍，并且溫度更高。

辨別系外行星大氣層的結(jié)構(gòu)可能對(duì)天文學(xué)家尋找能夠孕育生命的小型巖石行星大有裨益。

普里諾斯表示：“未來，我們很可能能夠?qū)Ω?、更冷、更類似于地球的行星進(jìn)行類似的觀測(cè)”，尤其是歐洲南方天文臺(tái)的極大望遠(yuǎn)鏡將于本世紀(jì)末在智利建成，成為世界上最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。

“這些詳細(xì)的研究對(duì)于我們?cè)谟钪嬷械奈恢脕碚f是必要的，”賽德爾說。“地球的氣候獨(dú)特嗎？我們從一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)——地球——得出的理論真的能解釋所有系外行星嗎？”

“通過我們的研究，我們發(fā)現(xiàn)氣候的變化可能與預(yù)測(cè)大不相同。那里的多樣性比我們國(guó)內(nèi)的要多得多，”賽德爾補(bǔ)充道。

編輯： yujeu