天文学家首次揭示外星行星大气的三维结构

2025-02-21 11:33 来源 温州在线

温州在线天文报道，天文学家首次揭示太阳系外的行星WASP-121b的大气层，这是一颗距离地球900光年的气态巨行星。

天文学家首次破译了太阳系外一颗行星的大气层的三维结构，揭示了这颗行星的大气层有三层，就像婚礼蛋糕一样，位于一颗炽热的气态行星上，这颗行星围绕着一颗比太阳更大、更热的恒星运行。

研究人员利用欧洲南方天文台位于智利的甚大望远镜的全部四个望远镜单元，对WASP-121b（也称为Tylos行星）的大气层进行了观察，发现了具有不同化学成分和强烈风的多层结构。

到目前为止，研究人员已经能够确定太阳系外一些行星（称为系外行星）的大气化学成分，但尚未绘制出垂直结构图或化学元素的分布情况。

WASP-121b是一颗“超热木星”，这是一类大型气态行星，它们绕主星运行，因此温度极高。它的大气层主要由氢和氦组成，就像太阳系最大的行星木星一样。但WASP-121b的大气层与以往从未见过的任何大气层都不一样。

研究人员通过寻找特定元素的存在来区分三层。WASP-121b的底层以铁的存在为特征——由于大气的惊人热量，铁是一种气态金属。风将气体从行星永恒炎热的一侧吹向较冷的一侧。

中间层的特征是钠的存在，有一股急流以每小时约43,500英里（70,000公里）的速度绕着行星旋转-比我们太阳系中的任何风都强。上层的特征是氢，这一层的一部分已经消失在太空中。

欧洲南方天文台和法国蔚蓝海岸天文台拉格朗日实验室的天文学家朱莉娅·维多利亚·赛德尔说：“这种结构以前从未被观测到，它违背了目前对大气行为的预测。”她是本周在《自然》杂志上发表的研究报告的主要作者。

研究人员还在WASP-121b的大气中检测到了气态钛。在地球上，大气中不存在铁和钛，因为它们是固体金属，这是由于我们的星球温度低于WASP-121b。地球的高层大气中确实有一层钠层。

“对我而言，这项研究最令人兴奋的部分是，它达到了现有望远镜和仪器所能达到的极限，”该研究的共同作者、瑞典隆德大学天文学博士生BibianaPrinoth说道。

WASP-121b的质量与木星大致相同，但直径是木星的两倍，因此体积更大。它位于船尾座方向，距离地球约900光年。光年是光在一年内行进的距离，为5.9万亿英里（9.5万亿公里）。

WASP-121b被潮汐锁定，这意味着它的一侧永远面向恒星，而另一侧则背对恒星，就像月球面向地球一样。面向恒星的一侧温度约为4,900华氏度（2,700摄氏度/3,000开尔文）。另一侧温度约为2,200华氏度（1,250摄氏度/1,500开尔文）。

这颗行星绕恒星运行的距离约为地球到太阳距离的2.5%。它与恒星的距离比我们太阳系最内层的行星水星到太阳的距离近约三分之一——如此近以至于它只需1.3天就能完成一次公转。

它的主恒星名为WASP-121，其质量和直径约为太阳的1.5倍，并且温度更高。

辨别系外行星大气层的结构可能对天文学家寻找能够孕育生命的小型岩石行星大有裨益。

普里诺斯表示：“未来，我们很可能能够对更小、更冷、更类似于地球的行星进行类似的观测”，尤其是欧洲南方天文台的极大望远镜将于本世纪末在智利建成，成为世界上最大的光学望远镜。

“这些详细的研究对于我们在宇宙中的位置来说是必要的，”赛德尔说。“地球的气候独特吗？我们从一个数据点——地球——得出的理论真的能解释所有系外行星吗？”

“通过我们的研究，我们发现气候的变化可能与预测大不相同。那里的多样性比我们国内的要多得多，”赛德尔补充道。

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编辑： yujeu