最近，美國宇航局哈勃和斯皮策太空望遠鏡對超高溫類木行星的觀測令理論學家困惑不已。這些行星的光譜表明它們有奇特和不可能的成分。然而，由亞利桑那州立大學天體物理學家、亞利桑那州立大學地球與空間探索學院助理教授邁克爾·萊恩(Michael Line)組成的一個研究小組剛剛發表一項新研究提出了一種解釋：這些富含氣體的行星的組成基本上是正常的，與我們已知行星形成有關。它們的不同之處在於，它們白天的大氣層看起來更像恆星大氣層，而不是行星大氣層。多年來，對這些類木行星中最熱光譜進行解釋一直是研究人員面臨的一個棘手難題。
這些對超熱木星WASP-121b的模擬圖像顯示，從5個不同的有利位置看，這顆行星可能是什麼樣子，每一個都被母星照亮了不同程度。這些圖像是用計算機模擬得到，用來幫助科學家瞭解這些行星的大氣層。超熱木星幾乎不反射光線，很像木炭。然而，它們的白天溫度在3600華氏度到5400華氏度之間，所以它們會發出像餘燼一樣的光芒。因此，這張模擬圖像中的橙色來自於行星自身的熱量。圖片：NASA/JPL-Caltech/Vivien Parmentier/Aix-Marseille University (AMU)
博科園-科學科普：最令人困惑的是為什麼這些星球的大氣中似乎沒有水蒸氣，而在相似但溫度稍低的行星中水蒸氣含量卻很高。根據這項新研究，超高溫木星確實擁有水的成分(氫和氧原子)。但是由於地球表面強烈的輻射，那裡的溫度高到水分子被完全撕裂。由於超熱木星軌道非常接近恆星，行星的一面永遠面對著恆星，而夜晚的一面被無盡黑暗所籠罩。白天的溫度達到3600到5400華氏度(2000到3000攝氏度)，在已知最熱的系外行星中，超熱木星排名第一。
晚上的溫度大約是1800華氏度。在太陽系外不斷增長的行星目錄中（被稱為系外行星）超熱木星作為一個獨特的類別已經存在了大約十年。法國埃克斯馬賽大學(Aix Marseille University)的天體物理學家薇薇恩·帕門提耶(Vivien Parmentier)說：這些行星的表面是火爐，它們看起來更像是恆星大氣，而非行星大氣。
通過這種方式，超熱木星會拉長我們認為行星的樣子。雖然像斯皮策和哈勃這樣的望遠鏡可以收集到一些關於超熱木星日側的信息，但是目前的儀器很難探測到它們的日側。新研究提出了一個模型來解釋這些行星的光照面和黑暗面可能發生的變化。這個模型很大程度上是基於最近發表的三項研究的觀察和分析，這三項研究由帕門提爾、萊恩等人共同撰寫，主要研究了三種超高溫木星，WASP-103b、WASP-18b和HAT-P-7b。
類木系外行星是99%的氫和氦分子，水和其他分子的含量更少。但它們的光譜顯示的結果很大程度上取決於溫度。從暖到熱的行星形成礦物質雲，而溫度較高的行星形成吸收星光的氧化鈦分子。然而，為了瞭解超熱的木星光譜，研究小組不得不求助於在恆星中更常見的過程。圖片：Michael Line/ASU
這項新研究表明，由加熱驅動的強風可能會把破裂的水分子吹到行星較冷的夜側半球。在那裡，原子可以重新組合成分子並凝結成雲，所有這些都在回到白天被再次撕裂之前發生。從20世紀90年代中期開始，熱木星是第一個被廣泛發現的系外行星。它們是超熱木星的近親，白天溫度低於3600華氏度(2000攝氏度)。水已經被證明在它們的大氣層中是普遍存在的，因此當超熱木星開始被發現時，天文學家們希望它們也能在大氣層中顯示出水。但結果證明，在它們容易觀察到的白天，水卻不見了，這使得理論家們開始尋找其他的，甚至是外來成分。
對於超熱木星中為什麼沒有水的一個假設是，這些行星一定是由高水平的碳而不是氧形成。然而，這種想法並不能解釋在白天與晚上的邊界有時能發現水的痕跡。為了打破這一僵局，研究小組從完善的恆星大氣物理模型以及被稱為棕矮星的“失敗恆星”中找到了線索。棕矮星的性質與熱木星和超熱木星有些重疊。許多早期的解釋都遺漏了一些關鍵的物理和化學現象，而這些現象正是在超高溫下發生。研究小組採用了一種由馬克馬利(Mark Marley)開發的褐矮星模型（馬克馬利是論文的合著者之一，也是美國宇航局位於加州硅谷的艾姆斯研究中心的研究科學家）。
將超高溫木星的大氣比作熾熱恆星，而不是傳統意義上較冷的行星，這為斯皮策和哈勃的觀測提供了一種解釋方法。通過這些研究，將從研究恆星的天體物理學中獲得一些已有百年曆史的知識引入到研究外行星大氣新領域。在這項研究中的作用是獲取這些行星觀測光譜，並仔細模擬它們的物理結構。這向我們展示瞭如何利用在極端條件下更有可能存在的氣體來產生觀察到光譜，這些行星不需要外來成分或不尋常的路徑來製造它們。
博科園-科學科普｜博科園-科學科普｜參考期刊文獻 :《Astronomy and Astrophysics》,《Astronomy & Astrophysics》｜研究/來自：亞利桑那州立大學，DOI: 10.1051/0004-6361/201833059
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