天文學家首次揭示外星行星大氣的三維結構

2025-02-21 11:33?來源 溫州在線

溫州在線天文報道，天文學家首次揭示太陽系外的行星WASP-121b的大氣層，這是一顆距離地球900光年的氣態巨行星。

天文學家首次破譯了太陽系外一顆行星的大氣層的三維結構，揭示了這顆行星的大氣層有三層，就像婚禮蛋糕一樣，位于一顆熾熱的氣態行星上，這顆行星圍繞著一顆比太陽更大、更熱的恒星運行。

研究人員利用歐洲南方天文臺位于智利的甚大望遠鏡的全部四個望遠鏡單元，對WASP-121b（也稱為Tylos行星）的大氣層進行了觀察，發現了具有不同化學成分和強烈風的多層結構。

到目前為止，研究人員已經能夠確定太陽系外一些行星（稱為系外行星）的大氣化學成分，但尚未繪制出垂直結構圖或化學元素的分布情況。

WASP-121b是一顆“超熱木星”，這是一類大型氣態行星，它們繞主星運行，因此溫度極高。它的大氣層主要由氫和氦組成，就像太陽系最大的行星木星一樣。但WASP-121b的大氣層與以往從未見過的任何大氣層都不一樣。

研究人員通過尋找特定元素的存在來區分三層。WASP-121b的底層以鐵的存在為特征——由于大氣的驚人熱量，鐵是一種氣態金屬。風將氣體從行星永恒炎熱的一側吹向較冷的一側。

中間層的特征是鈉的存在，有一股急流以每小時約43,500英里（70,000公里）的速度繞著行星旋轉-比我們太陽系中的任何風都強。上層的特征是氫，這一層的一部分已經消失在太空中。

歐洲南方天文臺和法國蔚藍海岸天文臺拉格朗日實驗室的天文學家朱莉婭·維多利亞·賽德爾說：“這種結構以前從未被觀測到，它違背了目前對大氣行為的預測。”她是本周在《自然》雜志上發表的研究報告的主要作者。

研究人員還在WASP-121b的大氣中檢測到了氣態鈦。在地球上，大氣中不存在鐵和鈦，因為它們是固體金屬，這是由于我們的星球溫度低于WASP-121b。地球的高層大氣中確實有一層鈉層。

“對我而言，這項研究最令人興奮的部分是，它達到了現有望遠鏡和儀器所能達到的極限，”該研究的共同作者、瑞典隆德大學天文學博士生BibianaPrinoth說道。

WASP-121b的質量與木星大致相同，但直徑是木星的兩倍，因此體積更大。它位于船尾座方向，距離地球約900光年。光年是光在一年內行進的距離，為5.9萬億英里（9.5萬億公里）。

WASP-121b被潮汐鎖定，這意味著它的一側永遠面向恒星，而另一側則背對恒星，就像月球面向地球一樣。面向恒星的一側溫度約為4,900華氏度（2,700攝氏度/3,000開爾文）。另一側溫度約為2,200華氏度（1,250攝氏度/1,500開爾文）。

這顆行星繞恒星運行的距離約為地球到太陽距離的2.5%。它與恒星的距離比我們太陽系最內層的行星水星到太陽的距離近約三分之一——如此近以至于它只需1.3天就能完成一次公轉。

它的主恒星名為WASP-121，其質量和直徑約為太陽的1.5倍，并且溫度更高。

辨別系外行星大氣層的結構可能對天文學家尋找能夠孕育生命的小型巖石行星大有裨益。

普里諾斯表示：“未來，我們很可能能夠對更小、更冷、更類似于地球的行星進行類似的觀測”，尤其是歐洲南方天文臺的極大望遠鏡將于本世紀末在智利建成，成為世界上最大的光學望遠鏡。

“這些詳細的研究對于我們在宇宙中的位置來說是必要的，”賽德爾說。“地球的氣候獨特嗎？我們從一個數據點——地球——得出的理論真的能解釋所有系外行星嗎？”

“通過我們的研究，我們發現氣候的變化可能與預測大不相同。那里的多樣性比我們國內的要多得多，”賽德爾補充道。

編輯： yujeu