神秘的“腫脹”行星最終可能由韋伯太空望遠鏡揭開謎底

根據詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的新觀測結果 附近恆星周圍一顆行星異常腫脹的原因 可能是一種令人驚訝的低含量甲烷 這一發現表明行星大氣可以膨脹到非常顯著的程度 而無需藉助深奧的行星形成理論 亞利桑那州立大學的外太陽系行星學家麥克爾萊恩 在一份聲明中表示 韋伯的數據告訴我們 像WASP-107b這樣的行星 不必以某種奇怪的方式形成 相反 我們可以借鑑海王星 它有很多岩石而氣體相對較少 只需提高溫度 就能使它膨脹成我們看到的樣子 WASP-107b於2017年由廣角行星搜索聯盟發現 位於仕女座 距離地球約200光年 是迄今爲止發現的5000多顆系外行星中最輕的之一 儘管其大小接近木星 但WASP-107b的質量僅爲這顆氣體巨行星的12% 相當於僅30個地球質量 作爲參考 一個木星質量大約等於318個地球質量 這顆行星異常腫脹 團對比於其密度就像微波爐加熱後的棉花糖 從WASP-107b的尺寸 質量和年齡的早期觀測中 天文學家懷疑 該行星有一個被豐富氫氦氣體包裹的小型岩石核心 然而這種假設並不能完全解釋這顆異常膨脹的天體 特別是考慮到它圍繞其恆星運行的軌道距離 僅爲水星與太陽之間距離的七分之一 但接收到的來自恆星的能量 不足以解釋其棉花般的密度 另一方面 如果行星核心的實際質量超出預期 科學家表示 隨着行星冷卻 大氣層本應隨時間收縮 這意味着它最終應該比觀察到的要小 現在結合哈勃太空望遠鏡之前的觀測數據 兩組獨立的天文學家利用JWST的數據 可能解開了這個謎題 簡而言之 他們發現 該行星大氣中的甲烷含量 僅爲預期的千分之一 由於甲烷在高溫下不穩定 天文學家表示 這種出乎意料的低含量 證明了行星深處的氣體 正與上層較冷的氣體層劇烈混合 約翰斯霍普金斯大學馬里蘭州的大衛星 在其中一項新研究的聲明中提到 儘管我們確實探測到了其他含碳分子 但探測到如此少量的甲烷 說明行星內部的溫度 必須比我們預想的要高得多 額外的熱量 很可能源於WASP-107B每5.7天 圍繞其恆星運行一週 且軌道並非完美的圓形 恆星對WASP-107B持續的引力作用 因距離不斷變化而拉伸和壓縮行星 從而使其加熱 這種方式被稱爲潮汐加熱 它是一種天體物理現象 它通常發生在一個天體 比如行星或衛星上 由於其軌道上的另一個較大天體的 引力作用而產生形變時 這種形變會導致天體內部的能量增加 從而產生熱量 爲了理解這個詳細 你可以想象一下地球和月球的關係 月球的引力對地球的海洋產生了影響 導致潮汐現象 當地球的某一部分靠近月球時 月球的引力會吸引地球的海水 形成潮汐凸起 同樣地球對月球也有類似的引力作用 當一個行星圍繞其恆星運行時 如果它們的距離不是恆定的 恆星的引力會在恆星上產生變化的拉力 這種拉力會使行星 在朝向恆星的一面被拉長 而在遠離恆星的一面被壓縮 由於行星內部的物質 在不斷地被拉伸和壓縮 這些物質之間會產生摩擦 就像你用手快速摩擦兩根木棍 會產生熱量一樣 行星內部的這種摩擦也會產生熱量 隨着時間的推移 這種由摩擦產生的熱量 會在恆星內部積累起來 這種熱量可以顯著增加行星的內部溫度 導致行星的地殼和地幔變得更加活躍 在我們的太陽系中 除了地球和月亮 木星的衛星木5V2和土星的衛星土6V 都被認爲是因爲潮汐加熱而擁有地下海洋 這些海洋被認爲是尋找外星生命的可能性地點 JHU的研究生和其中一項新研究的合著者 扎法爾拉斯塔姆·庫洛夫 在大學的一份聲明中表示 行星熱核與潮汐加熱的結合 也在改變着深層氣體的化學性質 我們認爲這種熱量正在改變氣體的化學性質 特別是破壞甲烷 併產生大量的二氧化碳和一氧化碳 2020年 包括星在內的一個天文學家團隊 在WASP-107b的大氣中檢測到氦氣 這是首次在系外行星上發現這種氣體 該元素於2018年在此行星上被初步發現 並在兩年後確認存在 被觀測到以稀薄雲團的形式延伸到太空中 由於這顆行星的大氣層極爲擴散 天文學家表示 WASP-107b的恆星發出的紫外線輻射 正在緩慢剝去行星的大氣 具體來說 每11年大約有0.1%到4%的大氣質量損失 導致形成了一條類似彗星尾巴的軌跡 得益於該行星極度腫脹的特性 天文學家能夠比對類似木星的行星 例如 去年JWST對WASP-107b大氣的觀測顯示 該行星表面有沙塵雨 這項研究發表在5月20日的《自然》雜誌上的兩篇論文中