2021-03-12 23:19

這顆附近的系外行星可能已經失去了大氣層,然后又形成了新的大氣層

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銀河系中最令人興奮的系外行星之一在被發現五年后變得更加有趣。曾被譽為太陽系外最重要的行星之一的gj1132 b,似乎已經失去了它的大氣層——并且已經長出了新的大氣層。


這可能是我們首次發現一顆通過火山活動顯著改變其大氣層的系外行星。

這不僅使科學家們能夠通過研究大氣層來研究系外行星的巖漿組成,還增加了一種可能性,即更多的這類系外行星可能擁有我們可以探測的大氣層。一篇描述該結果的論文已被接受為 天文雜志,并在arXiv上提供預印本。

“這非常令人興奮,因為我們相信我們現在看到的大氣層是再生的,所以它可能是次級大氣層,”美國宇航局噴氣推進實驗室(JPL)的天文學家Raissa Estrela說,該實驗室位于加利福尼亞州帕薩迪納。

“我們最初認為這些高度輻射的行星可能非常無聊,因為我們認為它們失去了大氣層。但我們用哈勃望遠鏡觀察了這顆行星的現有觀測結果,然后說,‘哦,不,那里有大氣層。’”

gj1132 b給科學家們帶來了一個難題。它的發現是在2015年高調宣布的。這是一個巖石世界,質量是地球的1.66倍,大小是地球的1.16倍,距離地球只有41光年。天文學家認為,研究它可以幫助我們更好地了解我們太陽系中的巖石行星(如地球、金星和火星)。


盡管如此,還是有一些重要的區別。gj1132 b圍繞其主星gj1132的公轉周期為1.6天。盡管gj1132是一顆小型紅矮星,比太陽要冷得多,也暗得多,但它的溫度仍然非常高——大約530開爾文(257攝氏度,494華氏度)。它還將以19倍于地球從太陽接收到的入射恒星輻射沖擊gj1132 b。

此外,GJ 1132 b被認為是一顆與地球、火星和金星截然不同的系外行星。天文學家認為這顆系外行星最初是一個迷你的,比海王星但是比地球小,剩下的就是原來的氫氣氛蒸發后的巖石內核被恒星輻射在太陽系外行星的壽命5沖撞,漏了幾個數億年。

天文學家隨后使用智利MPG/ESO望遠鏡觀察這顆系外行星經過我們與其恒星之間時的情況。這些凌日現象會導致星光暗淡——但是,如果一顆系外行星有大氣層,某些波長的光會被大氣層中的原子吸收或發射,這就揭示了各種元素的存在。


根據MPG/ESO的數據,GJ 1132 b確實有大氣層,而且它似乎富含氫,這與迷你海王星的假設是一致的。

現在,哈勃太空望遠鏡對這顆系外行星的近距離觀察顛覆了這一觀點。

哈勃望遠鏡的數據顯示,gj1132 b并不是簡單的氫大氣層。相反,它是氫、氰化氫、甲烷和氨的復雜混合物,還有一層厚厚的碳氫化合物煙霧,類似于地球上的煙霧。

根據該研究小組的數據,火星表面的大氣壓力與地球的大氣壓力相似。由于大氣層仍在向太空泄漏,這似乎相當令人吃驚。

為了弄清楚這是怎么回事,該團隊轉向了計算機建模。似乎最有可能的解釋是,gj1132 b最初的氫大氣在它還很年輕的時候被覆蓋在這顆系外行星上的熔巖海洋所吸收。

盡管這顆系外行星的表面現在已經冷卻了,但內部仍然溫暖而活躍,因為與恒星之間的引力作用使其保持高溫和糊狀。火山活動正在釋放氫和其他元素,形成新的大氣。隨著大氣的泄漏,它被仍然儲存在gj1132 b的地幔中的氫補充。

這一發現可以解釋為什么有這么多迷你海王星。這也可能意味著,從小型海王星開始生命是創造像地球、金星和火星那樣的世界的途徑之一——巖石、火山活動(至少在一段時間內),并擁有大氣層。

“有多少類地行星一開始不是類地行星?”有些可能以次海王星的形式開始,然后通過光蒸發原始大氣的機制變成陸地。這一過程在行星生命早期起作用,當恒星溫度更高時,”噴氣推進實驗室的天文學家馬克·斯溫說,他是這項研究的主要作者。

“然后恒星冷卻下來,這顆行星就在那里。所以就有了這樣一種機制,你可以在最初的1億年里把大氣層烤焦,然后萬物就安定下來了。如果你能讓大氣再生,也許你就能留住它。”

它本身也非常有趣。GJ 1132 b的大氣成分,即使我們能夠獲得有限的觀測,揭示了41光年外的一顆系外行星內部的地質過程。這很瘋狂,但也表明,當下一代儀器如詹姆斯·韋伯太空望遠鏡開始運轉時,我們可能會了解更多。

英國劍橋大學天文學家保羅·里默(Paul Rimmer)說:“這第二層大氣來自這顆行星的表面和內部,因此它是了解另一個世界地質情況的窗口。”

“我們需要做更多的工作來正確地看透它,但發現這扇窗戶非常重要。”

這項研究將發表在 天文雜志,并可在arXiv上獲得。

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