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温热系外行星流血的大气巨兽

发布人:管理员

  天文学家使用NASA的哈勃空间望远镜发现了一团绰号“巨兽”的庞大氢云,它正在从一颗环绕邻近恒星运行的行星周围流出。这一庞大的彗状特征尺度约合主星的50倍。由于恒星强烈的辐射,氢元素正在从一颗温热的海王星级行星流出。

这张艺术概念图展示了“巨兽”大气,它是一颗距离地球只有30光年的海王星级温热行星流出的庞大彗状云团。图中还描绘了行星的主星,也就是一颗名为GJ 436的暗淡红矮星。氢元素正由于恒星强烈的辐射而从行星上蒸发出去。先前人们从来没有在任何系外行星周围看到此等尺度的现象。图片提供:NASA, ESA, and G. Bacon (STScI)

  人们之前从来没有在如此小的系外行星周围看到过这一现象。它可能会提供线索,说明拥有氢包层大气的其他行星是如何在主星的作用下让外层大气挥发掉,只留下固态岩石核心的。这种尺度大致与地球相当的炽热岩石行星叫做超级热地球。
  研究的领导者、来自瑞士日内瓦大学天文台的戴维·埃伦里希(David Ehrenreich)解释说:“这团氢云非常壮观,不过挥发率现在还并没有威胁到这颗行星。但是我们知道在过去这颗暗淡的红矮星主星更为活跃。这意味着在最初的10亿年里,行星在年轻恒星强烈辐射的作用下挥发得更快。总的来说,我们估计它在过去的几十亿年里可能已经损失了多至10%的大气。”
  这颗行星名为GJ 436b,由于其尺度与海王星接近,与主星的距离又比海王星到太阳的距离近得多,它被视作“温热的海王星”。虽然它并不存在大气完全挥发剥离掉,只剩余岩石核心的风险,但该行星可以解释所谓超级热地球的存在,后者距离其主星非常近。
  这些炽热的岩态星球是由对流旋转与行星凌星卫星(CoRoT)以及NASA的开普勒空间望远镜发现的。超级热地球可能是质量更大的行星的残余,在同样的挥发过程中,它们完全丧失了浓厚的气态大气。
  由于地球的大气阻隔了大多数紫外线,天文学家需要使用哈勃这样可以观测紫外波段且精度极高的空间望远镜才能发现“巨兽”。
  埃伦里希说:“你必须要使用哈勃的眼睛。在可见光波段是看不到它的。但是当你将哈勃的紫外眼睛转向该系统的时候,它就好像是发生了变形一样,行星变成了庞然大物。”
  由于从地球上看去,行星的轨道面几乎倾斜到了侧向的程度,行星可以从主星前方通过。天文学家还看到了恒星被行星周围的“巨兽”氢云遮掩的情景。
  埃伦里希与他的小组认为,由于云团并不能被温度相对较低的红矮星的辐射压迅速加热扫清,这样庞大的氢云是可以在这颗行星周围存在的。这使得氢云可以保持较长时间。小组的发现发表在6月25日的《自然》杂志上。
  这样的挥发过程可能在太阳系早期有所发生,当时的地球拥有富含氢的大气,在1到5亿年的时间里挥发殆尽。如果情况确实如此,那么地球先前可能会惹人注目地拖着一条彗星一般的尾迹。
  GJ 436b与主星的距离非常近,还不到200万英里,在区区2.6地球日内就可以绕主星运行一周。作为比较,地球距离太阳9300万英里,环绕一周需要365.24日。这颗系外行星至少有60亿年的历史了,其真正的年龄可能是两倍于此。它的质量约合地球的23倍。它位于区区30光年之外,是已知最近的系外行星之一。
  对于籍由紫外观测来确定确定整个海王星级行星以及超级地球大气特性的工作而言,“巨兽”的发现可能改变了游戏规则。在未来的若干年里,埃伦里希期待着天文学家可以发现数千颗这样的行星。
  这项研究所用的紫外观测技术也许还能够找到尺度更小、更接近地球的行星上海洋蒸发的迹象。对于天文学家来说,直接观测这些星球上的水蒸汽会是非常具有挑战性的,原因是水蒸汽在大气中高度较低,在望远镜的视野中被阻隔住了。但是当水分子在恒星辐射下被瓦解为氢气与氧气的时候,相对较轻的氢原子可以从行星上逃逸出来。如果科学家发现了从较GJ 436b更温和更小的行星逃逸而出的氢气,这可能就说明行星表面存在海洋了。
  哈勃太空望远镜是NASA与欧洲空间局的国际合作项目。马里兰州格林贝尔特(Greenbelt)的NASA戈达德太空飞行中心管理着望远镜。巴尔的摩(Baltimore)的空间望远镜科学研究所(STScI)负责哈勃的科研运转。STScI由华盛顿的联合大学天文学研究机构为NASA管理。