科學(xué)家廣泛對系外行星進(jìn)行了探索，有了很多的發(fā)現(xiàn)。先看幾個數(shù)據(jù)：截止2017年8月1日，天文學(xué)家已經(jīng)從2,729個行星系統(tǒng)與612個多行星系統(tǒng)中確定了3,639顆系外行星。這些行星主要是由開普勒太空望遠(yuǎn)鏡所發(fā)現(xiàn)；從2009年起，總共發(fā)現(xiàn)5,017顆候選行星，已經(jīng)證實(shí)其中2,494顆行星的存在；其它的太空望遠(yuǎn)鏡在這些探索與發(fā)現(xiàn)中也扮演著至關(guān)重要的角色。

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡（HST）就是其中之一。最近幾年，HST已經(jīng)專注于探索遙遠(yuǎn)行星的大氣層。尤其是最近，HST用于一項特殊的勘測，其目的就是為系外行星存在平流層展示最有力證據(jù)；此平流層環(huán)繞一顆距離地球900光年的氣態(tài)巨行星，是其大氣層的一部分，它的溫度隨高度增加而升高。

一篇題為《一顆超熱氣態(tài)巨系外行星擁有平流層》的研究最近發(fā)表在《自然》刊物上。由托馬斯.伊萬斯領(lǐng)導(dǎo)的英國?？巳卮髮W(xué)天文物理的研究小組，基于NASA哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)，研究那顆稱作WASP-121b的行星；這是一顆氣態(tài)巨系外行星，環(huán)繞一顆恒星運(yùn)轉(zhuǎn)。

行星的大氣頂部受熱達(dá)到熾熱的2,500OC（4,600OF），足以令某些金屬蒸發(fā)。圖片提供者：NASA、ESA、G.巴肯（STSci-美國太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所）

行星自身質(zhì)量大約是木星的1.2倍，半徑大約是木星的1.9倍，繞木星公轉(zhuǎn)一圈用時1.3天。這種狀況是因為它距離其母恒星比較近，使之成為一顆特殊的“熱木星”。實(shí)際上，如果這顆系外行星再向它的母恒星靠近一些，可以預(yù)測其母恒星WASP-121的重力會將其撕裂。

也正是由于距離其母恒星太近，母恒星對行星的大氣加熱過度，進(jìn)而導(dǎo)致其溫度高達(dá)2,500OC (4,600OF)。正如NASA阿姆斯研究中心的研究人員、同時也是論文的合作者馬克.馬來在NASA發(fā)表的言論，“這一結(jié)果令人振奮！溫暖的平流層是太陽系中大部分大氣層所擁有的共性，如今在系外行星上也被發(fā)現(xiàn)。我們現(xiàn)在可以將系外行星大氣的形成過程與太陽系中不同條件下的各自相同的形成過程做個對比?！?/p>

盡管哈勃已經(jīng)發(fā)現(xiàn)WASP-33b及其它熱木星周圍也可能有平流層的跡象，而這一新的研究為這顆系外行星上平流層的存在呈現(xiàn)了最有力的證據(jù)。我們之所以這樣說，在于研究是基于哈勃對WASP-121b大氣觀測所獲得的平流層數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表明那里有水蒸氣的存在，這也是所有熱木星研究工作中首要考慮的。

正如論文的首席作者、?？巳卮髮W(xué)研究人員湯姆.伊萬斯解釋的那樣，這些發(fā)現(xiàn)證實(shí)了天文學(xué)家曾經(jīng)若干次的猜測，“理論模型預(yù)測：平流層或許能將超熱行星予以分類，同時提供其重要的大氣物理及化學(xué)特性。我們的觀測支持這一種說法。”

為了研究WASP-121b的平流層，研究小組依靠哈勃第三代廣域照相機(jī)（WFC3）所收集的平流層數(shù)據(jù)，分析了WASP-121b光變曲線所具有的不同波長；發(fā)現(xiàn)，在某段特定波長，所發(fā)出的光在紅外區(qū)域更為明亮；并且得出結(jié)論：這是由于行星大氣的頂層含有水蒸氣所造成的。

NASA噴氣推進(jìn)研究室的一篇論文作者提夫尼.卡塔利亞表示，“能有水發(fā)出光意味著那里的溫度隨著高度的增加而升高；我們很興奮，期待著用將要獲得的哈勃觀測結(jié)果去探索這種發(fā)光現(xiàn)象到底可以在行星中存在到哪一高度上?！?/p>

WASP-121b不僅驗證了系外行星具有平流層，它作為熱木星而擁有如此高溫也令人感興趣?；谒鼈兊臄?shù)據(jù)，研究團(tuán)隊認(rèn)為，大氣中的溫度隨著大氣的高度增加而上升，這是平流層的固有特征。地球上的平流層的形成過程是受到臭氧層而形成的：臭氧層將太陽的紫外光捕獲，進(jìn)而提高了周邊分子的溫度。

藝術(shù)家所繪“熱木星”的系外行星的概念照片：一個巨大氣體構(gòu)成的系外行星近距離圍繞其恒星公轉(zhuǎn)。圖片提供者：NASA/JPL-Caltech（美國加州理工學(xué)院）

然而，地球上的平流層溫度不超過270K（-3OC；26.6OF）；太陽系中其他擁有平流層的行星，如土星的土衛(wèi)六：這顆行星由于受到太陽的輻射、并與能量粒子及甲烷相互作用，進(jìn)而造成大氣層溫度上升，只是溫度變化不超過56OC（100OF）；但是WASP-121b的情況卻是，平流層的溫度升高竟然達(dá)到560OC（1,000OF）。

太陽系中最熱的行星金星甚至也無法與之相比。作為地球的姊妹行星，金星的溫度基本保持穩(wěn)定，為735K（462OC，863OF），這還不算熱、還不能融化鉛；但在WASP-121b上，平流層達(dá)到的溫度竟然超過四倍之多！這就是說，行星的大氣層極熱，足以融化不銹鋼及其它金屬，如：鈹，鉑，鋯。

目前，科學(xué)家還不了解是哪些化學(xué)物質(zhì)引起溫度升高。即使已經(jīng)有一些假說，如：認(rèn)為相關(guān)化學(xué)物質(zhì)可能是氧化釩及氧化鈦；對于棕矮星而言，這類化合物是常見的（注：棕矮星也稱為“夭折的恒星”，與氣態(tài)巨系外行星有很多共性），但是為了維持這些化學(xué)合成物的氣體狀態(tài)，它們還需要很高、更高的環(huán)境溫度。

總之，遙遠(yuǎn)的氣態(tài)巨系外行星已經(jīng)證明是非常值得研究的話題。未來，對這一行星及其它“超熱木星”的研究都面臨著挑戰(zhàn)，這些研究也將會擴(kuò)展我們對于大氣層形成及特征的了解。

BY: universetoday

FY: 周洪波

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