源:科大院
在我太系,大多元素存在於地球或木星等行星的核,然而最新的科表明,在宇宙的其他地方可不一定是,比如:系外巨行星的大中可能下起「雨」。
WASP-76b:永夜幕下的雨
2019年,由洲多天文家成的研究利用洲南方天文台甚大望(Very Large Telescope,VLT)的ESPRESSO(the Echelle Spectrograph for Rocky Exoplanets and Stable Spectroscopic Observations)高精度光到,距地球630光年的系外行星WASP-76b大中有原子,原子在行星的背面(nightside,夜面)大中冷凝成「雨」[1]。
WASP-76b是一公周期有1.8天的超高巨行星,行星呈潮汐定。也就意味著它的公周期自周期相同,而致行星的向面(dayside, 面)始朝向星。就好比地球上看月球只能看到月球的正面,正是因月球被地球潮汐定。在星烈的射下,WASP-76b向面的大度高2400°C,行星的大如此(接近太表面度(5500°C)的一半)足以使金汽化。在的端境下,行星大特徵和化程似乎不常。
天文家先前已到超短周期系外行星大中的金元素,也了行星夜面存在明的差[2-6],但是在WASP-76b上首次到了原子在晨昏上的不均分。在凌星中,可以通行星大透射解其大成分。考行星自的多普勒效,WASP-76b西靠近和者的速度,大透射中原子吸收特徵於凌星中心刻分的移或移(1)。而在整凌星程中,原子吸收特徵以移主,表明原子乎都分在向面至背面的晨昏上,意味著在交界有富蒸。量到的移值大於行星自生的移,故WASP-76b表面存在一定速度的向原子自向面吹向背面。研究人推蒸在背面凝形成「雨」,然後大落回行星表面,因此有蒸的影。
太系演化模型,我所熟悉的太系行星中所含的重元素(例如)均自太星,目前大部分存在於地行星(例如地球)或巨行星的核。但是系外行星的大中居然也有大量元素,令人十分。
通了解系外行星大方法,我或可以端倪WASP-76b大中元素的源,或其形成演化有。
不可能的任:量近千光年外行星的大成分
童 天文家通常利用直接成像法和凌星法研究系外行星大。
直接成像法[7]在可光波段和外波段的,可直接得行星大中各分子特徵,如H2O、O2、O3、CH4、CO2等甄生命信息的重要成分,即所的「化指」。通凌星法[7]探比星在被行星遮掩前後的光化,即可得行星大的化成分。
比如行星星行,者可以行星星共同亮度於道相位的化曲(相曲,如2)。
具而言,生主凌(Primary Eclipse / Transit),行星在星前方,遮星光,很少部分的星光穿行星外的大。大吸收越,星亮度下降就越多,由此可得到的透射可用於研究晨昏上的行星大成分。生次凌(Secondary Eclipse),行星在星後方,若在近外或中外波段比凌食前後行星星累加亮度的化,便可得到行星的射及行星面大的度分 (3)。童哈勃空望提供了多系外行星大的主凌透射,而大部分的次凌射探自 Spitzer空望。
凌星法探靠近宿主星的木星和超地球的行星大,而直接成像法主要探星的年巨行星大。
那它分看到了什的大呢?
木星、「超地球」及宜居行星的大
木星宿主星近且其度高,更易行大。木星吸收了大量星的可光,在外波段有大量的射,但在可光波段非常暗,所以木星的大部分都是在外波段。通常木星大成分太系的木星、土星大似,主要是由H、He成的自星中的原始大。木星大中含有由O、C、N元素成的H2O、CO、CH4等物[10],些物了木星大的主要特徵。除了介的WASP-76b大中的原子,在HD 209458b, WASP-17b等木星中了Na和K等金元素[11-12]。
由於木星於潮汐定,其面永面向星。木星的大流大所吸收的星射能量重新分,若有木星大的流作用,夜面度差很大,且最的域位於宿主星直射的星下。木星大流的原理似於地球上的哈德利流(Hadley Circulation)(4),由於行星表面受不均,行星赤道附近得更多量,的往上、向方向, 遇冷後下沉再往赤道方向流。
除了沿行星表面的流,木星可能生向的大逃逸。2018年,天文家在木星WASP-107b[14]的近外波段大透射中到了高大中He原子的吸收特徵,表明行星有一延展大,正以1010-3 1011gs-1的速度逃逸,程有可能其化海王星量的超短周期行星。
超短周期行星(Ultra-short period planets, USPs)一般指公周期小於1天的系外行星(5),些行星於潮汐定。目前已的4000系外行星中有100超短周期行星,例如55 Cnc e是第一被的超短周期行星[15],周期17.5小。目前已知的公周期最短的行星KOI-1843.03公一周需4.25小[16],可真是度年如!
木星不同的是,目前到的大部分超短周期行星於「超地球」,通常指量在 1-10 M的岩石行星。因「超地球」的量和半比木星小很多,因此和研究它的大具挑。童由於距宿主星近,超短周期行星的大相比其他「超地球」更容易。迥於巨行星保持的原始大,岩石行星大多次生大,而超地球的大形成和演化太系的「戚」生大差。
宜居行星的大更天文家和公所注,然而不容易得。天文家行星系中合生命存在的行星道「宜居」。行星宿主星相隔一段合的距,使其表面平均度能持液水定存在。同,星射和活性不能太,如行星一矮星,而矮星紫外射很,使得行星大中的水分子、二氧化碳分子生光致,也有可能行星大。一般可通找行星大光中的「化指」(O2、O3、CO2和CH4等)判宜居行星是否合生命存在。
目前天文家已十宜居行星,些天基本上均分在矮星周。例如,距我最近的星比星周的宜居地行星「比星b」( Proxima b)(6),它是一距地球只有4.2光年的岩石行星,行星同可能存在液水。近期研究表明CO2和N2等大成分和100 ~ 5000毫巴大力的合可以保「比星b」大免受星耀斑活的紫外射破[17],持其表面的宜居性。童或意味著,系外行星大可能具地球不同的件,使地外生命可以高紫外射的境。
人之所以要系外行星大,目是了找宜居行星或地球2.0,相的也越越多。
征途:找下一家
目前大部分已探到的系外行星均由美太空署(NASA)射的Kepler望。NASA新射的TESS望[18]在年的任期20,000系外行星,大500R<2R的地行星。未,洲航天局(ESA)的PLATO任[19]探太星的宜居的地行星,定些行星系的宜居性。JWST、ARIEL等任亦系外行星大行大量,以更高的解析度和更大的波覆研究行星大中是否有水或其他生命存在特徵,了解不同型行星大的特徵和演化,揭示行星系形成律。
中也在部署自己的系外行星空探目。中科院「空科(二期)」略性先科技前瞻性布局了系外行星探方向。「近宜居行星巡天」是其中正在推的目之一,通射一1.2米口的高精度天量空望,微角秒星距的量精度,巡查太系近32光年外100太星(「一巡」),探宜居地行星或超地球(「二探」),普查近行星目、真量和三道等信息(「三察」),期十宜居行星和超地球。
根中航天科技集有限公司的,中2030年前後展太系近宜居行星太空探索「音」。通射空行器,以直接成像的手段和太系外宜居行星刻其宜居性。
我人空站上搭的高比度系外行星成像,利用直接成像法研究系外行星大,提供系外生命的可能索。
「我的征途是星辰大海」,些研究最回答『太系是否很特殊』或『我在宇宙中是否唯一』等科,人更深刻地了解地球和太系的形成演化程,以及充分地生命的本和起源,而更深刻地了解我自身。