【原】天文小科普：熱木星是什么？它和我們的木星有何區(qū)別,？

天文在線 2023-08-08 發(fā)布于云南

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熱木星指南：

靠近炙熱太陽的橙紅色帶狀的類木行星

藝術(shù)家對熱木星的概念是在一個緊湊的軌道圍繞它的恒星,。但是現(xiàn)在科學(xué)家們公開了一份新的熱木星指南。

熱木星指南

這個月天文學(xué)家們聲稱這里有全新工具幫助科學(xué)家們研究熱木星,。他們稱之為這是熱木星的“野外指南”,。目前我們已知的4000多顆系外行星--在銀河系中圍繞著遙遠(yuǎn)恒星的行星中--有幾百顆是熱木星。

經(jīng)過同行審議的《自然》雜志發(fā)表了這項研究。亞利桑那大學(xué)的天文學(xué)家梅根·麥斯菲爾德（Megan Mansfield）領(lǐng)導(dǎo)了這個研究小組,。

什么是熱木星,？

當(dāng)你想象熾熱的木星系外行星時，你可以想到大質(zhì)量和短軌道周期,。我們一般認(rèn)為這些小行星在物理上與太陽系最大的行星--木星相似,。我們的木星質(zhì)量比太陽系所有的其他行星加起來還要大,，相當(dāng)于地球質(zhì)量的300倍,。太陽系外,，在銀河里圍繞恒星運行的一顆遙遠(yuǎn)熱木星的質(zhì)量大約是一顆木星的三分之一到十幾倍。如果一個物體有更高的質(zhì)量,，那么他們內(nèi)部的溫度和壓強會高到足以能夠引起氘聚變,。這樣的物體將不會再被稱為行星,，而是褐矮星。

熱木星還有一個特征是圍繞恒星的軌道周期很短,。我們的木星是太陽系第五大行星,，它在火星軌道之外,，也在小行星帶之外,。木星繞太陽公轉(zhuǎn)一周需要12個地球年,。另一方面,，熱木星的軌道速度為1,。3個地球日,。另外,，他們的范圍可能超過了100個地球日,。所以他們離恒星很近,，這也是為什么他們這么熱。

這項新的研究是第一次對熱木星進行研究。以前的研究只是嘗試將視角放在與木星的相似的行星上面,，同時,，哈勃望遠(yuǎn)鏡也測量了這些熾熱星球的發(fā)射光譜。這是關(guān)于這些世界其他重要的觀點,。我們不能真正的看到他們,。當(dāng)我們仰望這些恒星時，行星們便消失在恒星的光芒之中,。大部分的熱木星都在他們移動,，穿越恒星做交叉時被發(fā)現(xiàn)的，這樣會造成恒星的光芒變暗,。就像麥斯菲爾德所說，這些系統(tǒng)、恒星和熱木星們都太遠(yuǎn)所以我們不能區(qū)分單獨的恒星和他的小行星,。我們能夠看到的只是一個點，這兩個光源的結(jié)合,。

所以測量熱木星的光譜本身就是一個壯舉,。這對于想要研究這些星球的天文學(xué)家來說是一個重要的工具,。他們是如何完成的呢？研究者們用了一種稱為二次日食的技術(shù)--這顆行星不是從它的恒星前面而是后面飛過--這樣能夠?qū)Υ髿庥^察更加深入，以及對他們的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分了解的更多,。在二次日食技術(shù)里,，天文學(xué)家們重復(fù)觀察行星圍繞其恒星的軌道上的不同位置,。就像麥斯菲爾德解釋：我們基本上測量來自行星和他的恒星的結(jié)合光,，并將此結(jié)果與我們觀察行星藏在恒星后面的情況進行比對,。這可以讓我們減去恒星的貢獻，隔離出行星發(fā)出的光,，盡管我們并不能直接看到他們,。

84個不同顏色和紋理的行星標(biāo)注了其溫度和元素成分。這張2016年的插圖顯示了在白天飛過的高溫木星,，其溫度和組成可能會發(fā)生變化,。正如你所見,，它們都是不同的。

日食的數(shù)據(jù)提供了關(guān)于熱木星的線索

研究者們想要更好的了解熱木星上的大氣熱結(jié)構(gòu),。最終，二次日食技術(shù)為我們提供了數(shù)據(jù)，讓研究者們建立了每個行星的溫度和壓力的單獨剖面,。

另外,，我們也分析了一種近紅外光--一種可以幫助我們展示行星大氣中吸收率情況的紅外光。實際上這項研究類似我們的指紋研究,，因為每一個原子或分子都有其獨特的配置,。起初，通過觀察不同的波長,，研究人員們可以確定每一顆行星的大氣組成成分,，麥斯菲爾德認(rèn)為：在某種程度上,，我們利用分子來掃描熱木星的大氣成分,，使用我們觀察到的光譜了解大氣組成以及大氣結(jié)構(gòu)的信息,。

一個微笑的戴著眼鏡,、有著一頭黑色長發(fā)的女人在一個磚建成的建筑前,。

梅根·麥斯菲爾德在亞利桑那大學(xué)為了這份全新的野外指南領(lǐng)導(dǎo)了這項研究

理論模型

對于熱木星的分析不僅僅只是局限于日食帶來的數(shù)據(jù)。研究者們還使用了被認(rèn)為在行星大氣中發(fā)生的物理進程的計算機模型,。這些觀測數(shù)據(jù)都被使用來進行比較,。并且結(jié)果證明了，這些結(jié)果是接近的,?？偟膩碚f，這份成功的結(jié)果說明了以前的關(guān)于行星的理論模型是正確的,。

那結(jié)果是什么呢,？研究結(jié)果表明，多數(shù)情況下,，熱木星是非常相似的,?？偟膩碚f，他們基本上有相同的分子組合,，比如水和一氧化碳,，當(dāng)然也有更少量的其他分子。唯一的明顯的不同在于分子的相對數(shù)量不同,。并且科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)熱木星的大氣吸水特征也略顯不同,。麥斯菲爾德認(rèn)為：總的來說，研究結(jié)果表明我們很有可能研究弄清楚了這些行星上的化學(xué)變化,。與此同時,，每顆行星都有其單獨的化學(xué)組成，并且會影響我們的觀測結(jié)果,。

奇異的火熱世界

一般來說,，熱木星在某些方面和木星是相似的，但他們也是獨特的外星行星,。在太陽系里,，我們沒有任何大行星的軌道如此靠近太陽。但是在我們整個銀河系里,，這種情況又很常見,。大概每十顆恒星里就有一顆熱木星，并且大部分都被發(fā)現(xiàn)了,，很大原因是比起巖石或氣體行星,，熱木星更加容易被探測到。我們已知的熱木星大小是在木星的三分之一到十倍之間（稱為超級木星）

在黑色背景上,，有明亮的云層和大氣層中的條紋,。這是對超級木星HD80606b的大氣模擬。美國宇航局的皮斯策天文望遠(yuǎn)鏡提供了模擬的數(shù)據(jù)支持,。圖片來源NASA/ JPL-Caltech/ The University of Arizona

熱木星之所為如此不同是因為他的運行軌道非?？拷麄兊暮阈牵话惚人菄@太陽更近,。實際上,，熱木星上的一年僅僅只有幾天或者幾個小時。

未來觀測指南

在未來的歲月里,，這份指南對新發(fā)現(xiàn)的熱木星對研究有很大的價值,。并且，即將于12月18日發(fā)射的詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡將會更近的觀測熱木星,。麥斯菲爾德評價道：關(guān)于行星的形成我們還有很多不懂的地方,，但是我們想要了解的其中一個途徑就是觀測這些熱木星的大氣以及他們是如何形成的。通過哈勃望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)，我們可以研究吸水率的趨勢問題,，但是當(dāng)我們在討論大氣總組成的時候,，我們也希望看到更多的分子，比如說一氧化碳和二氧化碳,。在未來,，詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡會給我們這樣的機會去觀測這些。