系外行星的成分,科學家們揭示了什麼?

2021-01-09 天文在線

系外行星的研究歷程是什麼？

這個星球太金屬了。在「超級木星」的大氣層中發現了鐵鈦蒸汽。

圖解：系外行星2M1207b與太陽系行星木星作比較，儘管它的質量是木星的四倍，但重力壓縮了它的物質，使它相對較小。數據來源：維基百科/奧達隆

在發現我們的太陽系以外的星球期間中，天文學家發現了一些真正有趣的顧客！除了「超級木星」（是木星質量很多倍的系外行星）之外，也有人觀察到一些「熱木星」。這些氣態巨行星與他們的恆星緊密相連，並且在一些實例中，這些行星被發現溫度高，它們能溶化石頭或金屬。

圖解：熱木星（Hot Jupiter)是指其公轉軌道極為接近其宿主恆星的類木行星，這類行星在其它星系可以找到。它們的大小可以比木星大，而軌道可比水星到太陽的距離更近，可達0.05天文單位。

這個導致了「超級木星」的名稱，最熱的去年被發現。但是現在，根據由一個國際的天文學家的團隊研究，這個行星是最夠熱把金屬變成蒸氣。它被稱為KELT-9b,一個來自地球的氣態行星坐落於650光年，它有非常熱的大氣溫度-超過4,000 °C (7,232 °F）-它能夠蒸發鐵和鈦！

圖解：這幅概念圖描繪的是行星KELT-9b環繞其母恆星KELT-9運行的情景。KELT-9b是迄今為止發現的最熱氣態巨行星。

國際團隊被延斯·霍伊領導，在日內瓦大學和伯爾尼大學的一個博士後學生。這個團隊包括的成員們來自國際研究能力中心（NCCR)行星組和光譜(FOUR ACES1)團隊利用日內瓦大學的未來研究系外行星大氣層特徵。

藝術家印象的KELT-9b,軌道溫度高的一個熱木星，年輕的星狀物距離地球約650光年。信譽：美國國家航空和宇宙航空局/姓名。

這些組，獻身於描述系外行星，研究人員由來自日內瓦大學，瑞士伯爾尼大學，蘇黎世大學和瑞士洛桑大學的研究人員組成。額外的支持來自劍橋大學的卡文迪什天體物理學和分子生物學MRC實驗室，卡利亞裡天文臺和羅奎克·德·羅斯·穆察克斯天文臺的研究人員。

研究描述他們的研究結果-「在系外行星KELT-9b大氣層的鐵鈦原子」-出現在科學雜誌自然中。為了他們的研究，團隊對在一顆熱木星的化學成分地點限制的看法，因為這些行星橫跨邊界在氣態巨星和恆星之間能幫助天文學家學習更多關於系外行星形成的歷史。

要做到這一點，他們選擇了KELT-9b,由天文學家用千度極度小的望遠鏡（s)(KELT)調查最初被發現在2017年。像所有的熱木星一樣，這個行星的軌道非常接近它的星狀物-比地球和太陽的距離有30倍近-並且有一個36小時的公轉周期。因此，它經歷的表面溫度超出4,000 °C (7,232 °F)，使它比許多星狀物更熱。

根據這個，霍伊博士和他的同事們進行了一個理論研究預測了在行星的大氣層中鐵蒸汽的存在。作為凱文·亨，在瑞士伯爾尼大學的一個教授和在研究中的合著者，在日內瓦大學新聞報導中解釋了「這些模擬結果表明大多數發現的分子是在原子形式裡，因為在這種極度高溫下，粒子之間的碰撞會使他們之間的化學鍵斷裂。」

在運輸途中檢查KELT-9b,團隊可能從大氣中觀察光譜。信譽：美國國家航空和宇宙航空局/姓名。

為了驗證這個預測，團隊依賴於數據來自高精度徑向速度恆星由於北半球 (HARPS-North or HARPS-N)光譜儀在太陽系外行星的一次凌日。在運輸中，來自恆星的光能夠透過大氣層看到，並且光譜儀檢查這個光可以揭示大氣的化學成分。

他們的發現強烈表現不僅是單離子原子鐵還是單離子原子鈦，有更高的熔點--1,670°C（3040°F）與1250°C（2283°F）相比。正如霍伊解釋說，「有了理論上的預言，就像跟隨者一張藏寶圖，並且當我們在數據裡更深入研究，我們發現了更多。」

除了揭示新一類超熱木星的成分，這種研究也給科學家們帶來了一些神秘的東西。例如，科學家們相信許多行星已經消失由於與KELT-9b的相同方式與一顆明亮的恆星在緊密的軌道上，正如他們的研究表明，恆星的輻射正分解重過渡金屬如鐵和鈦。

儘管KELT-9b因為太大而不能完全蒸發，這個研究證明恆星輻射對行星的大氣層組成的強烈影響。在較冷的氣體巨人上，鐵和鈦等元素被認為是以氣態化合物或塵埃顆粒存在的，很難被察覺。但在KELT-9b的情況下，這些元素以原子形式存在的事實使它們極易被探測到。

藝術家們對KELT-9b的日落印象，行星的大氣層足夠熱使鐵和鈦等重金屬汽化。信譽和版權：路易斯·雷梅克思

如同大衛·埃倫萊希，日內瓦大學的四個ACES團隊的首席研究員和這項研究的合著者，結論是：「這個行星是一個獨特的實驗室去分析在強烈的恆星輻射下大氣層是怎樣進化的。」展望未來，團隊的研究也預測，使用現有的望遠鏡觀察行星的大氣層中氣態原子應該是可能的。

簡而言之，天文學家們不需要等待下一代望遠鏡為了研究這個獨特的行星實驗室，能夠教天文學家很多關於系外行星的形成過程。並且通過更多地了解關於在其他恆星系統中氣態巨行星的形成，天文學家可能獲得重要線索關於我們的太陽系怎樣形成和進化。

誰知道？或許我們的木星曾經很熱，並且在它移動到當前位置之前就失去了質量，或者，水星可能是一個曾經巨大的行星燃燒殆盡的外殼，失去了它的氣體層。正如對系外行星的研究告訴我們的那樣，我們知道在這個宇宙中會發生這樣奇怪的事情！

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

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author: YB996

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