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855光年外,系外行星溫度高達3000K,鐵蒸汽到處飄
2022/03/10
2022/03/10

去年夏天,全世界經歷了一場恐怖的高溫,許多地區突破40甚至50攝氏度。包括美國死亡谷,追平了54.4℃的地球最高氣溫紀錄。

在太陽系內,地球並不算是最炎熱的行星。距離我們最近的行星——金星,表面溫度最高可以達到恐怖的500℃!

(圖片說明:金星表面環境假想圖)

這就算最熱的行星了嗎?

不。在宇宙中,還有很多系外行星,溫度比金星還要恐怖。有一類——不只是一顆——系外行星,溫度遠遠比金星更高,這種行星被稱為熱木星。

顧名思義,熱指的是表面溫度,由于距離宿主恒星非常近(通常公轉週期不到10天),所以表面溫度高得驚人;「木星」兩個字指的是類似于太陽系中木星的行星,也就是體型極其巨大的氣體行星。

(圖片說明:熱木星藝術圖)

迄今為止,人類一共發現了不到5000顆系外行星,其中有300多顆熱木星,比例相當高。甚至還有人提出了另一個概念——極熱木星,也就是溫度在熱木星中都顯得尤為突出的行星。說起這類行星,就不得不提它們的「元始天尊」——WASP-121 b。

WASP-121 b是天文學家在2015年利用淩日法發現的系外行星,位于距離我們855光年的船尾座方向。從被發現那一天開始,它就吸引了天文學家的關注。

首先是它太大了,觀測結果表明,這顆行星的半徑是木星的1.81倍。換句話說,這顆行星的半徑竟然比距離太陽系最近的恒星——比鄰星還大!不過它的質量沒有達到恒星的標準,只有木星的1.18倍,由此可以判斷,這是一顆氣體行星。

(圖片說明:電腦類比的WASP-121 b觀測圖像)

其次是它距離宿主恒星非常近,僅有0.0254個天文單位,也就是差不多380萬公里,相當于地月距離的10倍。由于軌道太小,它只需要1.27個地球日就能完成一次公轉,也就是差不多30個半小時。

由于距離宿主恒星太近,WASP-121 b遭遇到了一種特殊的天體現象——潮汐鎖定,也就是永遠只有一面能夠朝向宿主恒星。這一面長期處于恒星的炙烤之下,距離又近,所以溫度高得驚人,可以達到1500-3000開爾文(即1227-2727攝氏度)。

到了今天,WASP-121 b已經成為了人類了解最多的系外行星之一。隨著關于它的資訊越來越多,天文學家也越來越感覺到它的不可思議。

(圖片說明:WASP-121 b假想圖)

由于獨特的位置關係,天文學家們能夠在855光年外對這顆行星的大氣進行了解,這也是目前少有的能夠被天文學家分析大氣情況的系外行星。

在發現它的2年後,天文學家就在它的大氣平流層內發現了水蒸氣,這在系外行星中尚屬首次。這已經很驚人了,但更驚人的還在後面。

在地球上,水也存在于各個角落,並且會發生不同的相變,比如以液態的形式降雨到地表,冬天時可以凝結成固態的冰雪,升溫時可以汽化或昇華為水蒸氣,進入大氣中。

(圖片說明:水在地球上經歷的種種變化)

在WASP-121 b的表面,情況就更加極端了。3000開爾文的溫度實在太高了,以至于水分子不僅會在紅外波段發光,甚至會在極端高溫下分解,變成氫和氧!

即使是在WASP-121 b永遠背向恒星的一面,也不會因為沒有接收到光照而十分寒冷。畢竟同處于一顆行星上,即使溫度低一些,也會因為溫差導致的狂風而接收到來自正面的熱空氣。

據麻省理工學院的天體物理學家Tansu Daylan介紹,這裡提到的狂風真的很「狂」,甚至比我們人造的噴氣流速度還快。據推測,這裡的狂風可以在20個小時內讓雲層繞行星一圈,而這顆行星的周長是地球的20倍,可見風速有多麼驚人!

當風吹到行星黑暗側的時候,溫度就會降低到1500K。這個溫度對我們來說仍然高得可怕,但足以讓水重歸蒸汽狀態,然後被狂風裹挾到朝向恒星的那一側,再一次分解,如此往復迴圈……理論上講,這些水連形成雲的機會都沒有。

天文學家能夠獲得這些資訊,其實是很不容易的,因為WASP-121 b的黑夜側的亮度僅有白晝側的1/10左右。德國馬克斯·普朗克天文研究所的天文學家Thomas Mikal-Evans帶領著他的團隊,利用哈勃望遠鏡對WASP-121 b的兩個公轉週期進行觀測,然後經過資料的結合,才探測到這裡的水分所經歷的「悲慘命運」。

(圖片說明:哈勃太空望遠鏡)

別說水,就連金屬,在這顆行星表面也不好過。許多金屬別說熔點,連沸點都沒達到3000K。在WASP-121 b的大氣中,天文學家已經檢測到了許多種金屬,比如釩、鐵、鉻、鈣、鈉、鎂和鎳。

研究人員注意到,還有一種比較常見的金屬似乎並沒有存在于WASP-121 b的大氣中,那就是鋁。研究人員推測,這裡的鋁可能已經沉積到了WASP 181 b的大氣層深處,以至于我們無法探測到。而且,這裡的鋁也有可能和氧氣結合,形成了氧化鋁的一種特殊結晶形態,那就是礦物剛玉。

在地球上,這種剛玉再結合微量的金屬元素如釩、鐵、鉻或鈦的時候,就會形成非常瑰麗的紅寶石或者藍寶石。

(圖片說明:WASP-121 b上空可能在下紅寶石雨)

換句話說,在WASP-121 b的大氣中,可能正在下著一場酣暢淋漓的紅寶石雨或者藍寶石雨!

在此之前,天文學家就推測,在太陽系行星天王星和海王星的上空,可能下著鑽石雨。如今,我們又疑似在宇宙中找到了寶石雨。遺憾的是,這些行星上雖然有數不盡的寶石,但人類恐怕是沒機會去開採了。

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