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“wasp-121的‘热度’刚好卡在‘能汽化金属,但不足以剥离大气’的临界点,”
参与wasp-121b研究的剑桥大学天文学家尼库·马杜苏丹(nikkuadhudhan)解释,“这让行星的大气层处于‘动态平衡’——一边被恒星加热汽化,一边因重力收缩凝结,形成了独特的循环。”
三、wasp-121b:热木星的“膨胀版”
wasp-121b是一颗典型的热木星,但它的参数比普通热木星更“极端”
:轨道距离:仅0025天文单位(au,1au=15亿公里)——相当于地球到太阳距离的140,或者说,距离恒星仅370万公里(比水星轨道近10倍)。
公转周期:127天——它的一年只有1天多一点,恒星在它的天空中是一个巨大的“火球”
(视直径约25角分,是太阳的13)。
质量与半径:质量118倍木星(约380倍地球质量),半径181倍木星(约20万公里,是木星的18倍)。
为什么半径比木星大?因为潮汐加热——恒星的引力会拉伸行星的形状,产生内部摩擦,释放热量,让行星膨胀。
就像揉面团时,面团会变大——wasp-121b就是被恒星“揉”
大的热木星。
表面温度:白天赤道地区的温度高达2500c(比太阳表面温度的一半还高),背阳面则骤降到1000c以下。
这种“冰火两重天”
的温差,是形成“宝石雨”
的关键。
四、大气层的“金属狂欢”
:从光谱中读懂“宝石的信号”
wasp-121b的大气层之所以特殊,在于它含有大量重金属蒸汽和刚玉颗粒。
这些物质的发现,要归功于两代空间望远镜的“光谱手术刀”
:(1)哈勃望远镜的“紫外线索”
2018年,天文学家利用哈勃空间望远镜的广角相机3(wfc3),对wasp-121b进行了凌日光谱观测——当行星穿过恒星前方时,恒星的光线会穿过行星大气层,留下“吸收指纹”
。
数据显示,wasp-121b的大气层中含有气态铁(fe)和气态镁(g)的吸收线——这意味着,在白天的炽热大气层中,这些金属以蒸汽形式存在。
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“这是我们第一次在热木星大气层中检测到如此高浓度的重金属,”
哈勃团队的负责人、英国埃克塞特大学天文学家戴维·辛格(davidsg)说,“通常,热木星的大气层以氢、氦为主,但wasp-121b的金属丰度是木星的10倍以上。”
(2)jwst的“刚玉确认”
2020年,詹姆斯·韦伯空间望远镜(jwst)的近红外光谱仪(nirspec)对wasp-121b进行了更详细的观测。
这次,科学家发现了刚玉(al?o?)的吸收线——刚玉是蓝宝石(含钛、铁杂质)和红宝石(含铬杂质)的主要成分。
更关键的是,刚玉的吸收线出现在高层大气(压力约10??巴,相当于地球平流层的1100),说明在大气层的上部,刚玉以气态或微小颗粒存在;而在背阳面的低层大气(压力约1巴,相当于地球海平面),刚玉凝结成液态滴。
“刚玉的凝结温度约为1500c,”
jwst团队的成员、美国亚利桑那大学天文学家劳拉·克雷德伯格(urakreidberg)解释,“wasp-121b的背阳面温度刚好降到1500c以下,所以刚玉蒸汽会凝结成液态,形成雨滴。”
五、“液态宝石雨”
的形成:一场宇宙级的“凝结循环”
wasp-121b的“宝石雨”
,本质上是重金属蒸汽的“白天蒸发-夜晚凝结”
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