詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡可能已經(jīng)解開(kāi)膨脹的系外行星WASP-107 b之謎 _太空

根據(jù)美國(guó)國(guó)家航空航天局詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡最近收集的數(shù)據(jù)，以及哈勃和其他太空和地面望遠(yuǎn)鏡之前的觀測(cè)結(jié)果，這位藝術(shù)家的概念展示了系外行星WASP-107 b的樣子。（圖片來(lái)源：NASA、ESA、CSA、R.Crawford（STScI））
據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)（Sharmila Kuthunur）：根據(jù)詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）的最新觀測(cè)，甲烷儲(chǔ)量低得驚人，這可能解釋了附近恒星周?chē)男行鞘侨绾巫兊卯惓Ｅ蛎浀?。天文學(xué)家表示，這一發(fā)現(xiàn)表明，行星大氣層可以膨脹到驚人的量，而無(wú)需使用行星形成的深?yuàn)W理論。
亞利桑那州立大學(xué)的太陽(yáng)系外行星學(xué)家Michael Line在一份聲明中說(shuō)：“韋布的數(shù)據(jù)告訴我們，像WASP-107 b這樣的行星不必以某種奇怪的方式形成一個(gè)超大的核心和一個(gè)巨大的氣體包層。” 。“相反，我們可以采取更像海王星的東西，有很多巖石，沒(méi)有那么多氣體，只需調(diào)高溫度，然后把它調(diào)高，看起來(lái)像這樣。”
WASP-107 b于2017年由廣角搜尋行星聯(lián)盟（WASP）發(fā)現(xiàn)，位于室女座，距離地球約200光年，是迄今為止發(fā)現(xiàn)的5000多顆系外行星中最輕的一顆。盡管WASP-107 b幾乎和木星一樣大，但它的重量?jī)H為這顆氣態(tài)巨星質(zhì)量的12%，相當(dāng)于30個(gè)地球。就上下文而言，一個(gè)木星質(zhì)量大約等于318個(gè)地球質(zhì)量。研究小組說(shuō)，這顆行星非常膨脹，其密度可以比作微波棉花糖。
根據(jù)之前對(duì)WASP-107 b的大小、質(zhì)量和年齡的觀測(cè)，天文學(xué)家懷疑這顆行星有一個(gè)小的巖石核心，被豐富的氫氣和氦氣包圍。然而，這樣的場(chǎng)景并不能完全解釋這個(gè)明顯膨脹的球體，盡管它以水星和太陽(yáng)之間七分之一的距離繞恒星運(yùn)行，但它沒(méi)有從恒星獲得足夠的能量來(lái)解釋其棉花狀的密度。或者，如果行星核心的質(zhì)量實(shí)際上比預(yù)期的要大，科學(xué)家們表示，隨著時(shí)間的推移，隨著行星的冷卻，大氣層會(huì)縮?。?這意味著它會(huì)比觀測(cè)到的更小。
現(xiàn)在，使用JWST的數(shù)據(jù)，再加上哈勃太空望遠(yuǎn)鏡之前的觀測(cè)結(jié)果，兩個(gè)獨(dú)立的天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)可能已經(jīng)解開(kāi)了這個(gè)謎題。簡(jiǎn)言之，他們發(fā)現(xiàn)地球大氣層中的甲烷是世界預(yù)期的千分之一。領(lǐng)導(dǎo)這兩項(xiàng)新研究之一的馬里蘭州約翰斯·霍普金斯大學(xué)的David Sing在聲明中表示，由于甲烷在高溫下是不穩(wěn)定的，天文學(xué)家表示，甲烷的低得驚人，這證明來(lái)自行星深處的氣體“正在與更高的較冷層劇烈混合” 。“盡管我們確實(shí)檢測(cè)到了其他含碳分子，但我們檢測(cè)到的如此之少，這一事實(shí)告訴我們，地球內(nèi)部一定比我們想象的要熱得多。”
研究人員表示，額外的熱量可能來(lái)自WASP-107 b每5.7天繞其恒星一周，其軌道不是一個(gè)完美的圓圈。該恒星對(duì)WASP-107 b的持續(xù)引力拉伸和收縮了行星的輪廓，從而使其升溫。在地球上，月球的類似力量會(huì)引起高潮和低潮。
JHU的研究生扎法爾·魯斯塔姆庫(kù)洛夫是這兩項(xiàng)新研究之一的合著者，他在該大學(xué)的一份聲明中說(shuō)，這顆行星的熱內(nèi)核與恒星的潮汐加熱相結(jié)合，也在改變行星深處氣體的化學(xué)成分。“我們認(rèn)為，這種熱量正在導(dǎo)致氣體的化學(xué)成分發(fā)生變化，特別是破壞甲烷，并產(chǎn)生大量的二氧化碳和一氧化碳。”
2020年，包括Sing在內(nèi)的一組天文學(xué)家在WASP-107 b的大氣層中檢測(cè)到了氦氣，這標(biāo)志著這一發(fā)現(xiàn)是首次在系外行星上發(fā)現(xiàn)這種氣體。該元素于2018年在世界上被初步發(fā)現(xiàn) ，兩年后在那里被證實(shí)存在，被視為一團(tuán)脆弱的云延伸到遙遠(yuǎn)的太空中。天文學(xué)家表示，由于這顆行星的大氣層如此遙遠(yuǎn)，來(lái)自WASP-107 b恒星的紫外線輻射正在慢慢地剝奪世界上的空氣——更確切地說(shuō)，大約每十億年就有大氣質(zhì)量的0.1%到4%，這導(dǎo)致了一條彗星狀的尾巴尾隨在球體后面。
由于這顆行星極其蓬松的性質(zhì) ，天文學(xué)家可以比木星這樣的世界深入大氣層約50倍。例如，去年，JWST對(duì)WASP-107b大氣層的觀測(cè)顯示，它在地球上下沙子。
周一（5月20日）發(fā)表在《自然》雜志上的兩項(xiàng)研究描述了這項(xiàng)研究。

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