天文學家首次計算出：系外行星「熱木星」磁場，比木星強很多倍！

2020-10-18 博科園

天文學家最新研究表明，圍繞其他恆星運行的氣態巨行星具有強大磁場，比太陽系木星的磁場強很多倍，這是第一次通過觀測計算出這些磁場的強度。這個團隊由科羅拉多大學的Wilson Cauley領導，還包括亞利桑那州立大學地球和空間探索學院的副教授Evgenya Shkolnik。其他研究人員是北亞利桑那大學的Joe Llama和義大利卡塔尼亞天體物理觀測站的Antonino Lanza。其研究發現發表在2019年7月22日的《自然天文學》上。

研究是第一次使用觀測到的信號來推導系外行星磁場強度，這些信號似乎來自恆星磁場和這顆緊密軌道行星之間的相互作用。自1988年以來，已經發現了3000多個系外行星系統，其中包含4000多顆行星。許多這樣的恆星系統包括天文學家所稱的「熱木星」。這些都是巨大的氣態行星，被認為與太陽系的木星相似，但圍繞它們恆星運行的距離很近，通常大約是恆星直徑的5倍，或者大約是月球到地球距離的20倍。

這樣的行星在其恆星磁場中運行良好，行星磁場和恆星磁場之間的相互作用可以持續且強烈。之前的研究已經對系外行星磁場「設置」了上限，例如從無線電觀測或純粹從理論推導而來。將測量到的磁星與行星相互作用產生恆星輻射增加的數據與物理學理論結合起來，計算出了四顆熱木星的磁場強度。研究小組發現磁場強度範圍從20到120高斯。相比之下，木星磁場是4.3高斯，而地球的磁場強度只有半個高斯，儘管這個強度足以讓指南針在世界範圍內定向。

觸發機制

天文學家們利用夏威夷和法國的天文望遠鏡，對這四顆熱木星母恆星中電離鈣(Ca II)的發射進行了高解析度觀測。這種輻射來自恆星熾熱的色球層，色球層是恆星表面較冷的一層薄氣體。這些觀測結果讓研究小組計算出恆星釋放出的鈣有多少能量。研究使用能量估算來計算行星的磁場強度，使用的理論是行星磁場如何與恆星磁場相互作用。

磁場「喜歡」處於低能量狀態，如果橡皮筋一樣扭曲或拉伸磁場，就會增加磁場中儲存的能量，熱木星的軌道非常接近母恆星，因此行星的磁場可以扭曲和拉伸恆星的磁場。當這種情況發生時，能量可以在兩個磁場重新連接時釋放出來，這就加熱了恆星的大氣層，增加了鈣的釋放。天體物理學家曾懷疑，熱木星會像太陽系的木星一樣，在其內部深處產生磁場，新觀測結果提供了對這些巨大行星內部動力學的第一個探測器。

探測深度

該研究這是第一次基於觀測對這些行星磁場強度的估計，因此這是我們知識的一個巨大飛躍，這讓我們對這些行星內部情況有了更好的了解。這也應該有助於研究人員模擬熱木星內部的發電機，我們對熱木星的磁場一無所知，也不知道其他系外行星的磁場，現在估計有四個熱木星的實際系統。考慮到行星的自轉和年齡，磁場強度比人們想像的要大。

行星磁場標準發電機理論預測了取樣行星的磁場強度，這些行星的磁場強度比研究小組發現的要小得多。相反，觀測結果支持了行星磁場依賴於通過行星內部熱量的觀點。由於熱木星從主恆星吸收了大量額外的能量，所以磁場應該比質量和自轉速度相似的行星更大。磁場值的大小與熱力學熱流理論的預測相符，這也可能幫助我們更清楚地了解溫帶巖石行星周圍的磁場。

博科園｜研究/來自：亞利桑那州立大學

參考期刊《自然天文學》

DOI: 10.1038/s41550-019-0840-x

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