20200501沒有藍天的超熱行星 WASP-79b

2020/05/04 118 天文探索 , 系外行星 , 太空望遠鏡 , 天文觀測站 , , ,

木星大小的巨型超熱行星 WASP-79b,它的天氣被預測是蒸騰的濕氣、零散的雲層、會下鐵雨和黃色的天空。

NASA 哈伯太空望遠鏡與智利麥哲倫聯盟的麥哲倫二號望遠鏡合作,分析這顆行星的大氣層,這顆行星繞著一顆比我們的太陽更熱、更亮的恆星運行,位於距離地球 780 光年的波江座(Eridanus)。在系外行星,即環繞太陽以外恆星的行星中,WASP-79b 是目前為止觀測到最大的行星之一。


▲ 這是一幅藝術家繪製的超熱系外行星 WASP-79b 的插圖,它位於 780 光年之外。這顆行星圍繞著一顆比我們太陽還熱的恆星運行,它的軌道岌岌可危。這顆行星比木星還大,它的大氣層非常深,雲霧繚繞,溫度高達華氏 3,000 度,這相當於熔化玻璃的溫度。哈伯太空望遠鏡和其他天文台測量了恆星透過行星大氣層過濾的光線,從而可以分析其化學成分。哈伯太空望遠鏡探測到了水蒸氣的存在。(圖片來源:NASA, ESA and L. Hustak (STScI)

在最近公佈的結果中,讓人驚訝的是這顆星球的天空沒有任何證據顯示有一種叫做瑞利散射(Rayleigh Scattering)的大氣現象,即某些顏色的光被上層大氣中非常細小的塵埃粒子散射。瑞利散射是透過散射較短波長的太陽光(藍光)使地球的天空變藍。

研究人員表示,由於 WASP-79b 似乎沒有這種現象,因此白天的天空很可能會是淡黃色的。

美國馬里蘭州勞雷爾市約翰霍普金斯大學應用物理實驗室的 Kristin Showalter Sotzen 說:「這強烈地表明了一個未知的大氣過程,而我們在物理模型中沒有考慮到這一點。我向許多同事展示了 WASP-79b 的光譜,他們的共識是『這很奇怪』」。

該團隊希望找到其他有類似情況的行星,以了解更多情況。

Sotzen 說:「因為這是我們第一次看到這種情況,真的不確定原因是什麼,這代表可能我們目前還不了解這樣未知的大氣過程,需要密切關注其他類似的行星。目前因為我們只有一顆行星作為例子,所以我們並不知道這大氣現象是否與行星演化有關。"

熱木星的軌道離恆星如此之近,傳統的觀點認為它們在行星系統的寒冷外圈中的聚集大量冷氣體膨脹後,向內遷移到了圍繞恆星的緊密軌道上。 WASP-79b 只用了3天半就環繞了一次軌道。但這顆行星正處於一個不尋常的極地軌道上,這與科學家們關於行星如何形成的理論背道而馳,尤其是對於炎熱的木星來說,這一點是不符合的。

新的結果可能會給類似行星的歷史提供更多的線索。一些熱木星似乎具有朦朧或渾濁的大氣層,而另一些熱木星似乎具有清晰的大氣層。如果它和其他熱木星一樣,WASP-79b 可能有零散的雲層,被抬到高空的鐵可能會像雨一樣下下來。

WASP-79b 的質量是木星的兩倍,它的溫度很高,有一個廣大的大氣層,這對於研究透過大氣層過濾的星光是非常理想的。

為了研究這顆行星,研究小組使用了拉斯坎帕納斯天文台(Las Campanas Observatory)的麥哲倫二號望遠鏡上的光譜儀,這是一種分析光的波長以觀察化學成分的儀器。他們預計會看到由於瑞利散射導致的藍色星光量減少。但實際上他們看到的卻是相反的趨勢。更短、更藍的波長的光似乎更透明,表明大氣層對於藍光的吸收和散射更少。這一結果與 NASA 凌日系外行星巡天衛星(Transiting Exoplanet Survey Satellite,TESS)對 WASP-79b 的獨立觀測結果一致。

WASP-79b 也作為哈伯太空望遠鏡的全色系外行星比較庫(PanCET)計劃的一部分進行了觀測,這些觀測結果顯示 WASP-79b 的大氣層中存在水蒸氣。基於這一發現,這顆巨大的行星被選為 NASA 即將到來的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope,JWST)的早期釋出科學目標。韋伯望遠鏡有望在更長的紅外波長上提供更多的光譜數據。這些觀測結果可能會找出更多關於該行星大氣中水氣的證據,並將提供該行星化學組成的詳細資訊,這可能有助於揭開奇特光譜的基本來源。

這些結果發表在 2020 年 1 月的《天文期刊》(The Astronomical Journal)上。

✎ 參考資料 · References

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