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地外行星WASP-18B的化学组成与众不同

漫步宇宙 2017-12-06 21:54:00 阅读:

在距离地球330光年的位置,存在着一颗温度极高、类似于木星、被称为WASP-18B的地外行星。

地外行星WASP-18B的化学组成与众不同

美国国家航空航天局(NASA)发现了一颗类似于木星的巨大行星,该行星的环境非常不利于生命的存在,这一发现同科学家之前的一些观点有所不同,可能会改变我们对行星的认识。

地外行星WASP-18B是一颗热木星,之所以称为热木星,是因为它们的体积巨大且距离主恒星过近,WASP-18B围绕恒星公转一周只需一天不到的时间,当它运转时,可以令恒星的赤道隆起数十千米高,并使得恒星自转加速。同样的作用过程需要消耗WASP-18B的角动量,令它不断向内移动,最终到达一点后径直落向恒星表面。

它也有可能被恒星的引力撕碎,形成一个环,类似于土星环系统。WASP-18B的生命可能不会超过50万年。这颗地外行星的体积大约是木星的10倍,它在距其主恒星仅约300万公里的近距离轨道上运行。

该地外行星于2009年被观测发现,在之后的观测工作中,科学家持续取得了很多新的、非常有意思的发现。最近,研究人员发现,地外行星WASP-18B环绕着一层令人窒息的一氧化碳气体层,该行星大气层中完全不存在分,而且存在着极端的高温。

该地外行星的化学组成同木星及其他行星系中发现的类似巨型气体行星完全不同,该发现表明这颗诡异行星是通过一个完全不同的激烈过程形成的。一位首席研究员还更夸张地说,地外行星WASP-18B的化学组成颠覆了之前的所有预期。

美国国家航空航天局(NASA)针对地外行星WASP-18B发表了如下声明。

NASA的一个研究小组发现,有证据表明,巨型地外行星WASP-18B大气层令人窒息的平流层中含有大量的一氧化碳,而且还完全不含水分。研究人员通过分析哈勃太空望远镜及斯皮策空间望远镜的观测结果得到了上述研究发现。

行星大气层的平流层是在分子的恒星光线屏蔽作用下形成的,这些分子能够吸收来自于恒星的紫外光线及可见光辐射,并将这些辐射的能量以热能的形式放射出来。这项新研究称,在极近距离围绕主恒星旋转的巨型行星-“热木星”地外行星WASP-18B,有着很不寻常的化学组成,该行星的形成过程可能与木星及其他行星系中发现的类似巨型气体行星存在着极大的不同。

“地外行星WASP-18B的化学组成同之前的预测完全不同,”《天体物理学杂志》所刊发研究报告的首席作者、马里兰州格林贝尔特市NASA戈达德太空飞行中心的凯尔·谢泼德说。“一氧化碳完全占据了该行星的上层大气,我们还从未在其他地外行星中发现这种情况。”

地球平流层中的臭氧能够吸收紫外辐射,保护我们的地球免遭太阳有害辐射的伤害。研究人员在此之前认为,在地外行星的平流层中,主要是类似于钛白的钛氧化物等分子发挥吸收作用。钛白是一种在地球上用作染色颜料及太阳镜原料的化学物质。

地外行星WASP-18B的化学组成与众不同

艺术概念图:系外行星暴露在强烈的辐射下,可能会形成平流层

科学家在寻找具有平流层的地外行星时,对距离地球325光年距离的地外行星WASP-18B的观测数据进行了研究。该行星质量极大,差不多相当于10颗木星,科学家对其进行了反复观测研究,积累了大量宝贵的观测数据。科学家在哈勃太空望远镜的观测档案中找到了该行星的5次日食数据,在斯皮策空间望远镜的观测档案中找到了该行星的2次日食数据,研究人员对这些数据进行了分析。

地外行星WASP-18B在发生日食时,其大气层会在可见光区域之外,以红外波长放射出光线,通过研究放射光线的光谱特征,就能够确定行星大气层中是否含有水分或其他重要分子。分析结果显示,地外行星WASP-18B的大气化学光谱特征极为特殊,同目前观测到的其他任何地外行星均不相同。为了确定同该行星光谱特征最为匹配的分子种类,研究小组进行了充分的计算机建模研究。

地外行星WASP-18B的化学组成与众不同

艺术概念图:地外行星WASP-18B大气层会在可见光区域之外,以红外波长放射出光线

“对观测数据能够做出唯一合理解释是,地外行星WASP-18B大气层中应当含有极为丰富的一氧化碳,应当不含有水蒸气,此外,该行星还应当存在平流层,”该研究报告共同作者、剑桥大学的尼库·马杜苏丹说:“这些因素极为巧合地组合在一起,为我们研究太阳系外行星大气层的物理化学过程打开了一扇新的窗子。”

本次研究发现表明,地外行星WASP-18B的平流层中存在着高温一氧化碳、该行星大气层中的下层区域-对流层中存在着温度稍低的一氧化碳。研究小组做出这一发现的依据是,他们在该行星大气层中发现了两种类型的一氧化碳光谱特征,一种是1.6微米波长的吸收光谱特征,另一种是4.5微米波长的放射光谱特征。研究人员还是第一次在地外行星的大气层中对同一种分子同时检测到两种不同的光谱特征。

地外行星WASP-18B的化学组成与众不同

地球的平流层、对流层、臭氧层示意图

在理论上,对这种观测结果的另一个可能解释是二氧化碳,二氧化碳具有与一氧化碳类似的光谱特征。但是,如果该行星的大气层中能够拥有如此大量的氧气来形成二氧化碳,那么该行星大气层中也应当具有一定数量的水蒸气才对,但是,观测结果并未发现水蒸气,所以,研究人员才认定该行星不可能存在大量的二氧化碳,从而认定观测发现的就是一氧化碳。

地外行星WASP-18B的上层大气中必须含有大量的一氧化碳,才能够形成研究小组观测发现的特殊光谱特征。该行星大气层的金属元素含量、比氢、氦重的元素含量,均比其他热木星要高300倍。这种极高的金属特性显示,地外行星WASP-18B在其形成过程中可能积累了大量的、比木星还要多的固态冰,其形成过程可能同其他热木星存在很大差异。

地外行星WASP-18B的化学组成与众不同

詹姆斯·韦伯太空望远镜

“詹姆斯·韦伯太空望远镜即将发射升空,人类还将在太空中部署更多的天文望远镜,我们将拥有更多的机遇,使用这些更为强大的观测设备,来对宇宙空间中迷人的太阳系外行星群体进行持续的深入研究”本次研究报告第二作者、马里兰州格林贝尔特市NASA戈达德空间飞行中心太阳系外行星科学家阿维·曼德尔说。

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