超熱木星的例子
這些超高星木星WASP-121b的模擬視圖顯示了行星在五個不同的有利位置對人眼的影響，由其母星照射到不同程度。圖像是使用計算機模擬創建的，用於幫助科學家瞭解這些超熱行星的大氣。 Ultrahot Jupiters幾乎沒有光線反射，就像木炭一樣。然而，超熱木星的日間溫度在3600°F到5400°F（2000°C和3000°C）之間，因此行星會產生自己的光，就像熱的餘燼一樣。因此，該模擬圖像中的橙色來自行星自身的熱量。計算機模型基於使用美國宇航局斯皮策和哈勃太空望遠鏡進行的WASP-121b觀測。
致謝：NASA / JPL-Caltech / Vivien Parmentier / Aix-Marseille University（AMU）
想象一下，天氣預報總是一樣的地方：灼熱的氣溫，無情的陽光，並且幾乎沒有下雨的機會。這種地獄般的情景存在於我們的太陽系外發現的一種被稱為“超射星木”的行星的永久性日間。這些世界的軌道非常靠近它們的恆星，地球的一側永久地面向恆星。
讓科學家感到困惑的是，為什麼水蒸氣似乎在乾燥世界的大氣層中消失，當它在相似但略微涼爽的行星中充足時。美國國家航空航天局斯皮策和哈勃太空望遠鏡對超射木星的觀測結合計算機模擬，已成為可能解決這一謎團的新理論研究的跳板。
根據這項新研究，超熱木星確實擁有水（氫和氧原子）的成分。但是由於地球上的強烈照射，那裡的溫度變得非常強烈，以至於水分子完全被撕裂了。
法國艾克斯馬賽大學的天體物理學家，新研究的主要作者維維恩帕門蒂耶說：“這些世界的日冕是看起來更像恆星大氣而不是行星大氣的爐子。” “通過這種方式，超射木星延伸出我們認為的行星應該是什麼樣子。”
雖然像斯皮策和哈勃望遠鏡這樣的望遠鏡可以收集有關超射木星的白天的一些信息，但是目前的儀器難以探測夜間。新論文提出了一個關於這些行星的光照和黑暗兩側可能發生的事情的模型，主要基於對被稱為WASP-121b的超射星木星的觀察和分析，以及最近由Parmentier共同撰寫的三項研究報告，分別關注超熱木星WASP-103b，WASP-18b和HAT-P-7b。新的研究表明，猛烈的風可能會將破碎的水分子吹入行星的夜間半球。在行星較冷，黑暗的一面，原子可以重新組合成分子並凝聚成雲，所有這些都在漂移回到白天再次分裂之前。
根據這項新研究，水不是唯一可能在這些行星上經歷化學轉世循環的分子。以前哈勃在晝夜邊界檢測到的雲層溫度下降，這表明氧化鈦（作為防曬劑很受歡迎）和氧化鋁（紅寶石的基礎，寶石）也可以在超高溫上分子重生木星的夜生活。這些材料甚至可能形成雲和雨水，如液態金屬和流體紅寶石。
星球混合動力車
在我們的太陽系外部不斷增長的行星目錄中 - 被稱為系外行星 - 超高速木星在大約十年中脫穎而出。發現它們在離主星恆星的軌道上比水星更遠離我們的太陽，巨大的行星被整齊地鎖定，意味著同一個半球總是面向恆星，正如月球總是與地球同一側。結果，超級木星的日間在一個永久的高中午燃燒。與此同時，他們的對面半球被無盡的夜晚所籠罩。白天氣溫達到3,600至5,400華氏度（2,000至3,000攝氏度），在有史以來最熱的系外行星中排名超高的木星。夜間溫度約為1800華氏度（1000攝氏度），足夠冷卻水重新形成，並與其他分子一起融合成雲。
在20世紀90年代中期，第一個被廣泛發現的系外行星系列的熱木星，表現為超高速木星的超級木星，是第一個被廣泛發現的類型的系外行星。在他們的氣氛中，水已經變得普遍。為什麼它在超射木星中不存在的一個假設是這些行星必須形成非常高水平的碳而不是氧。然而，這項新研究的作者說，這個想法無法解釋有時在白天 - 夜間邊界檢測到的水的痕跡。
為了打破僵局，Parmentier及其同事從完善的恆星物理模型以及“失敗的恆星”（稱為褐矮星）中獲得了線索，其性質與熱和超熱木星重疊。 Parmentier採用了由馬克馬利開發的褐矮星模型，馬克馬利是該論文的共同作者之一，也是加利福尼亞州硅谷艾美學院研究中心的研究科學家，研究超射木星的情況。與常規較冷的行星相比，處理超熱木星的氣氛更像是熾熱的恆星提供了一種方法來理解斯皮策和哈勃的觀測。
“通過這些研究，我們將從研究恆星的天體物理學中獲得的一些百年曆史知識帶到了研究外行星大氣的新領域，”Parmentier說。
斯皮策在紅外光下的觀測結果顯示，在超射木星的大氣層中，一氧化碳就存在。一氧化碳中的原子形成極強的鍵，可以獨特地承受這些行星的日間的熱和輻射攻擊。耐寒一氧化碳的亮度表明，行星的大氣層燃燒得更高，而不是更深。 Parmentier表示，驗證這種溫度差異是審查哈勃無水結果的關鍵，因為均勻的氣氛也可以掩蓋水分子的特徵。
“這些結果只是斯皮策用於系外行星科學的最新例子 - 這不是其原始科學表現的一部分，”加利福尼亞州帕薩迪納市美國宇航局噴氣推進實驗室的斯皮策項目科學家Michael Werner說。 “此外，當科學家將哈勃望遠鏡和斯皮策這兩個美國宇航局的大天文臺的力量結合起來時，看到我們能發現什麼，總是令人振奮。”
儘管這個新模型在書中充分描述了許多超級木星，但仍然存在一些異常值，這表明這些世界大氣的其他方面仍然需要被理解。那些不適合模具的系外行星可能具有奇特的化學成分或意外的熱量和循環模式。之前的研究認為，WASP-121b的日間大氣中的水量遠遠超過觀測值，因為大部分來自水的信號都是模糊的。新論文為水信號小於預期提供了另一種解釋，但需要更多的研究來更好地瞭解這些超高溫大氣的性質。
解決這一難題可能是美國宇航局下一代詹姆斯韋伯太空望遠鏡的一項任務，計劃於2021年發射。 Parmentier及其同事預計它將足以收集關於白天的新細節，並確認缺少的日間水和其他感興趣的分子已經進入了行星的夜間。
“我們現在知道，超級木星表現出的化學行為與其較酷的堂兄，熱木星不同，更復雜，”Parmentier說。 “對系外行星大氣的研究還處於起步階段，我們還有很多需要學習的東西。”
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