NASA首次測量了褐矮星上的風速

2020-08-03 天文在線

科學家首次直接測量了褐矮星上的風速。褐矮星比木星(太陽系中最大的行星)還要大，但其質量還不足以形成恆星。為了實現這一發現，他們使用了一種新的方法，這種方法也可以用來了解太陽系外以氣體為主的行星的大氣層。

NASA首次測量了褐矮星上的風速

在《科學》雜誌的一篇論文中描述了這項工作，它將一組射電望遠鏡的觀測結果與NASA退役的紅外天文臺——斯皮策太空望遠鏡(Spitzer Space Telescope)的數據結合起來。斯皮策太空望遠鏡由NASA位於南加州的噴氣推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory)管理。

官方命名為2MASS J10475385+2124234，新研究的目標是一顆褐矮星，從宇宙的角度來說，它距離地球32光年。研究人員探測到風以每小時1425英裡(每小時2293公裡)的速度在星球周圍移動。相比較而言，海王星的大氣層，太陽系中最快的風，風速超過每小時1200英裡(約每小時2000公裡)。

NASA首次測量了褐矮星上的風速

測量地球上的風速意味著記錄氣體大氣相對於地球固體表面的運動。但是褐矮星幾乎完全由氣體組成，所以「風」指的是稍微不同的東西。褐矮星的上層是部分氣體可以獨立移動的地方。在一定的深度，壓力變得如此強烈，以至於氣體表現得像一個單獨的實心球，被認為是物體的內部。當內部旋轉時，它將上層大氣拉向一邊，因此這兩層大氣幾乎是同步的。

NASA首次測量了褐矮星上的風速

褐矮星比行星更大，但沒有恆星那麼大。一般來說，它們的質量是木星的13到80倍。如果一顆褐矮星的核心壓力高到足以引發核聚變，它就會變成一顆恆星。

來源：NASA/JPL-Caltech

在他們的研究中，研究人員測量了褐矮星的大氣相對於其內部速度的微小差異。由於大氣溫度超過了華氏1100度(600攝氏度)，這顆特殊的褐矮星發出了大量的紅外光。再加上它離地球很近，這一特性使得斯皮策望遠鏡能夠在褐矮星的大氣旋轉時探測到它們的特徵。研究小組利用這些特徵來記錄大氣的自轉速度。

NASA首次測量了褐矮星上的風速

這幅藝術概念圖展示的是一顆褐矮星，它的質量至少是木星的13倍，但還沒有大到足以在其核心發生核聚變，而核聚變是恆星的決定性特徵。科學家利用美國宇航局的斯皮策太空望遠鏡首次直接測量了一顆褐矮星上的風。

來源：NASA/JPL-Caltech

為了確定內部的速度，他們集中研究了褐矮星的磁場。一項發現發現，褐矮星的內部會產生很強的磁場。當褐矮星旋轉時，磁場加速了帶電粒子的運動，這些帶電粒子反過來又產生了無線電波，研究人員在新墨西哥州的Karl G. Jansky巨大陣望遠鏡中發現了無線電波。

NASA首次測量了褐矮星上的風速

行星大氣

這項新研究第一次證明了用這種比較法可以測量褐矮星上的風速。為了測量的準確性，研究小組利用對木星的紅外和無線電觀測測試了這項技術。木星也主要由氣體組成，其物理結構類似於一顆小褐矮星。研究小組比較了木星大氣和內部的自轉速度，所用的數據與他們收集到的距離遙遠的褐矮星的數據相似。然後，他們利用近距離研究木星的探測器收集的更詳細的數據，證實了他們對木星風速的計算，從而證明他們對褐矮星的研究是成功的。

此前，科學家曾利用斯皮策望遠鏡，根據系外行星和褐矮星大氣在紅外線照射下的亮度變化，來推斷它們是否存在風。來自高精度徑向速度行星搜索器(HARPS)的數據(HARPS是位於智利的歐洲南方天文臺的La Silla望遠鏡上的一個儀器)被用來直接測量遙遠行星上的風速。

NASA首次測量了褐矮星上的風速

但這篇新論文代表著科學家首次直接將大氣速度與褐矮星內部的速度進行比較。據作者說，如果條件合適，所採用的方法可以應用於其他褐矮星或大型行星。

「我們認為這項技術對於深入了解系外行星大氣的動態非常有價值，」該研究的第一作者凱特琳·阿勒斯(Katelyn Allers)說，她是賓夕法尼亞州路易斯堡巴克內爾大學(Bucknell University)的物理學和天文學副教授。「真正令人興奮的是能夠了解一個物體周圍的化學、大氣動力學和環境是如何相互關聯的，以及能夠真正全面地觀察這些世界的前景。

作者: Randal Jackson

FY:螞蟻_MYD

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