系外行星的天氣是怎樣的？來看看雙魚座熱木星上的鐵雨吧

簡介：由David Ehrenreich領導的一組天文學家發現2016年發現的WASP-76b這顆行星的天氣情況比人類想像的要陌生。

由大衛·埃倫裡奇（David Ehrenreich）領導的一組天文學家發現，系外行星 WASP-76b的天氣情況比人類想像的要陌生。新的觀測結果可能來源於這顆超高溫氣態巨行星一側的鐵雨。

2016年，天文學家在雙魚座（Constellation Pisces）發現了距地球約640光年的氣態巨行星WASP-76b，當時的他們已經領略到了它的與眾不同。WASP-76b繞其恆星公轉的周期僅為43小時，這使它成為了一顆「熱木星」（熱木星指公轉軌道極為接近其宿主恆星的類木行星）。

WASP-76b的藝術插圖（圖片來源：Latestly）

由瑞士日內瓦大學（University of Geneva，Switzerland）領導的一組天文學家發現，這顆行星可能比我們想像的還要奇怪，它承載著由鐵構成的雲和霧。這項研究發表在了《自然》雜誌上。

WASP-76b處於潮汐鎖定狀態，所以，就和月球一樣，它總是以同一面朝向它的恆星。這顆行星持續被白晝照亮的一側（晝側）可高達2400°C，即使是永遠處於黑夜的一側（夜側）也只能冷卻到1400°C。

潮汐鎖定的系外行星上的地形形成示意圖。恆星能量在行星晝側被直接利用，在夜側則以光和熱的形式重新分配。（圖片來源：Lingam & Loeb）

從地球的視角來看，這顆熱木星會從它的恆星面前繞過，因此天文學家可以獲取到在這個過程中穿過行星大氣層的恆星星光光譜。埃倫裡奇和他的同事在智利阿塔卡馬沙漠使用了安裝在歐洲南部天文臺的甚大望遠鏡（Very Large Telescope）上的巖石態系外行星和穩定光譜觀測階梯光柵光譜儀（ESPRESSO Spectrograph，以下簡稱ESPRESSO）。「ESPRESSO提供的精度是其他光譜儀之前從未達到過的。」合著者瑪莉亞·羅莎·薩帕特羅·奧索裡奧（María Rosa Zapatero Osorio，西班牙天體生物學中心）解釋說。

一顆行星從它的恆星面前穿過。圖片來源：ESA/ATG medialab

鐵雨

高解析度光譜顯示，在從白天到黑夜的過渡過程中，WASP-76b的大氣層中含有大量鐵蒸氣。然而，這一特徵卻從黑夜到白天的大氣層中消失了。天文學家認為這是因為強風把鐵蒸氣吹到了夜側，它在那裡冷卻並凝結了成雲。

藝術插圖：氣態巨行星的大氣中，鐵雨伴著暮色傾瀉而下。（圖片來源：ESO/M.Kornmesser）

「這顆行星在接近鐵凝固點的溫度下有一個晨昏帶，」埃倫裡奇解釋說，「所以大氣成分的變化（有鐵和沒有鐵）就發生在我們能夠觀測到的地方。」

合著者努諾·桑託斯（Nuno Santos，葡萄牙波爾圖大學）說，這顆行星是一個氣態巨行星，因此沒有表面能承載雨滴的墜落，但是行星的引力很可能把雲層向下拉，使夜側籠罩在鐵霧中。然後，全球風將雲和霧推到晝側，在那裡，雲霧「蒸發—冷凝」的循環再次重複。

這並不是第一顆大氣中發現鐵的系外行星，溫度更高的熱木星KELT-9b也含有電離鐵和鈦。然而，在WASP-76b的例子中，天文學家發現的中性鐵蒸氣是以雲霧而不是電離的無雲形態存在的。

KELT-9（左）及其行星KELT-9b（右）的藝術插圖。這顆行星繞其主星旋轉只需1.5天。（圖片來源：NASA/加州理工學院噴氣推進實驗室/羅伯特·赫特）

沒有參與這項研究的卡羅爾·哈斯韋爾（Carole Haswell，開放大學）為這項新的觀察感到興奮不已，她說：「這些發現表明，系外行星的天氣狀況可能遠比我們想像的要奇怪！」

相關知識

太陽系外行星，或簡稱系外行星（Exoplanet），是位於太陽系之外，不繞行太陽公轉的行星。截至2020年6月底，已經被確認的系外行星總共有4281顆，當中約有71.3%是透過凌日現象發現的；這些行星分屬3163個行星系，其中有701個多行星系[5]。克卜勒任務已經檢測到18,000顆行星候選者，包括262顆位於潛在適居帶的候選者。

作者： Julie Freydlin

FY：胖頭魚

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