科學家們首次直接測量了一顆棕矮星的風速，這種天體比木星（太陽系中最大的行星）大，但質量還不足以成為恆星。為了實現這一發現，他們使用了一種新方法，該方法也可以用於了解我們太陽系以外以氣體為主的行星的大氣層。
在《科學》期刊上的一篇論文中描述，這項工作將一組電波望遠鏡的觀測結果與 NASA 最近退役的紅外觀測站史匹哲太空望遠鏡的數據結合起來，該望遠鏡由 NASA 位於南加州的噴射推進實驗室管理。
▲ 這幅藝術家的概念圖展示了一顆棕矮星，這種天體的質量至少是木星的 13 倍大，但質量還不足以在其核心開始核聚變，而核聚變是恆星的象徵性特徵。最近科學家利用 NASA 史匹哲太空望遠鏡對棕矮星上的風進行了首次的直接測量。（圖片來源：NASA/JPL-Caltech）
新研究的目標是一個距離地球 32 光年的棕矮星，其正式命名為「2MASS J10475385+2124234」，從宇宙學的角度看，距離地球僅有咫尺之遙。研究人員檢測到了以 1425 英里/小時（2293 公里/小時）的速度繞著星球移動的風。相比之下，海王星大氣層的風速是太陽系中最快的，它的速度超過 1200 英里/小時（約 2000 公里/小時）。
測量地球上的風速意味著我們的氣態大氣層相對於行星的固體表面的運動。但棕矮星幾乎完全由氣體組成，所以「風」指的是稍微不同的東西。棕矮星的上層是氣體的一部分可以獨立運動的地方。到了一定的深度，壓力會變得非常強烈，氣體的行為就像一個單一的實心球，被認為是天體的內部。隨著內部的旋轉，它將上層（大氣層）拉在一起，使兩者幾乎同步。
▲ 棕矮星的質量比行星大，但不如恆星大。一般來說，棕矮星的質量是木星的 13 到 80 倍。如果棕矮星的核心壓力高到足以開始核聚變，那麼棕矮星就會變成恆星。（圖片來源：NASA/JPL-Caltech）
在他們的研究中，研究人員測量了棕矮星的大氣層相對於其內部速度的微小差異。由於大氣溫度超過華氏 1100 度（攝氏 600 度），這顆特殊的棕矮星散發著大量的紅外光。再加上它與地球很接近，這一特性使史匹哲可以在褐矮星的大氣層中觀察與檢測出這些內外旋轉的特徵。 該團隊就這樣來記錄大氣的旋轉速度。
為了確定內部的速度，他們將注意力集中在棕矮星的磁場上。一個相對較新的發現是棕矮星的內部會產生強大的磁場。隨著棕矮星的旋轉，磁場會加速帶電粒子的旋轉，而帶電粒子又會產生射電波，研究人員用新墨西哥甚大天線陣（Very Large Array，VLA）的電波望遠鏡探測到了這些射電波。
行星大氣
這項新的研究是首次展示這種測量棕矮星上風速的方法。為了衡量其準確性，該小組利用對木星的紅外和無線電觀測來測試該技術，木星也是由氣體組成，其物理結構與小棕矮星相似。該小組利用他們能夠收集到更遙遠的棕矮星相似數據，來比較木星大氣層和內部的自轉率。然後他們再用近距離研究木星探測器收集的更詳細數據證實他們對木星風速的計算結果，從而證明他們對棕矮星測量的方法是有效的。
此前，科學家們曾利用史匹哲根據系外行星和棕矮星大氣層在紅外光中的亮度變化推斷出風的存在。而來自高精度徑向速度行星搜索器（HARPS）的數據已經被用來直接測量遙遠行星上的風速。高精度徑向速度行星搜索器是歐洲南天天文台（ESO）位於智利拉西拉天文台的 ESO 3.6 米望遠鏡上的儀器。
這篇新論文代表了科學家們首次將棕矮星內部速度與大氣風速進行了直接比較。作者表示，如果條件合適的話，所採用的方法可以應用到其他棕矮星或大型行星上。
論文第一作者、賓夕法尼亞州劉易斯堡市巴克內爾大學物理學和天文學副教授 Katelyn Allers 說：「我們認為這項技術對於提供系外行星大氣動力學的洞察力來說，是非常有價值的。」「真正令人興奮的是能夠了解到天體周圍的化學、大氣動力學和環境是如何相互聯繫的，以及對這些世界有了一個真正全面的看法，這才是真正的令人興奮。」
✎ 參考資料 · References
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