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热木星的新领域指南

热木星的实地指南:橙色条纹的类木星行星附近的炽热,翻滚的太阳。
这是一个艺术家的概念,炎热的木星绕着它的恒星紧密地运行。现在,科学家们发布了一份新的热木星实地指南。图像通过ATG Medialab/ ESA/《福布斯》

热木星的野外指南

本月(2021年10月21日),天文学家宣布科学家的新工具,用来帮助研究所谓的热木星.他们称其为热木星的“实地指南”。4000 +的系外行星在我们的星球上,有行星围绕着遥远的恒星运行银河系星系中有几百颗是热木星。这份新的科学家指南结合了哈勃太空望远镜的观测结果和理论模型。它不是你或我可以拿在手里的东西,就像我们可以拿着鸟类或星星的野外指南一样。但是,对于那些使用它的科学家来说,它提供了关于行星形成的一般见解。这是一个值得注意的早期研究太阳系外行星大气层,系外行星研究的前沿课题。这项新研究被称为一个独特的热木星光谱序列,有成分多样性的证据

同行评议杂志自然发表这项研究将于10月21日进行。天文学家梅根·曼斯菲尔德亚利桑那大学的研究人员领导了这个研究小组。

什么是热木星?

当你想到热木星系外行星质量大,轨道周期短。这些行星被认为在物理上与太阳系中最大的行星木星相似。我们木星的质量比太阳系其他所有行星的质量加起来还要多。它的质量是地球的300多倍。在银河系中,一颗遥远的热木星——绕着太阳之外的一颗恒星运行——质量可能介于木星质量的三分之一到十几个之间。如果一个物体有更大的质量,其核心的温度和压力就会高到足以产生火花氘聚变.这样的对象不再称为地球,但棕矮星

热木星的另一个特点是它们围绕恒星的轨道周期很短。木星是太阳系中第五颗向外的行星。它在火星轨道之外,在小行星带.木星绕太阳公转一周需要12个地球年。另一方面,热木星的轨道速度是1.3个地球日!它们的范围可能超过100个地球日。所以它们离恒星很近,所以很热!

这项新研究首次对大范围的热木星进行了研究。之前的研究倾向于更多地关注那些与我们的木星最相似的行星。还有,来自哈勃太空望远镜测量了发射光谱这些炙热的世界。这是关于这些世界的另一个重要观点。我们不能看到他们。当我们仰望它们的恒星时,行星就消失在恒星的耀眼光芒中。大多数热木星是在它们交通在他们的星星前面交叉,导致星星的光下降。在曼斯菲尔德:

这些系统,这些恒星和它们的热木星,太远了,无法分辨单个恒星和它的行星。我们所能看到的只是一个点,两者的结合光源。

因此,测量热木星的光谱本身就是一项壮举。对于想要研究这些世界的天文学家来说,它是一个重要的工具。他们是怎么做到的?研究人员使用了一种叫做二次黯然失色行星不是从前面经过,而是从前面经过后面它的恒星——更深入地“观察”它们的大气层,并更多地了解它们的结构和化学成分。在次月食中,天文学家在行星围绕其恒星运行的轨道上的不同地点反复观察。曼斯菲尔德解释说:

我们基本上测量了恒星和行星发出的光的总和,并将测量结果与我们所看到的行星隐藏在恒星后面的情况进行比较。这使得我们可以减去恒星的贡献,隔离行星发出的光,即使我们不能直接看到它。

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由84颗不同颜色和纹理的行星组成,标有温度和元素组成。
这张2016年的插图展示了白天,在飞过它们的人看来,不同温度和组成的木星是多么的热。如你所见,它们都是不同的。阅读更多来自NASA的图片.图片来自NASA/ jpl -加州理工学院/亚利桑那大学/ V. Parmentier。

日食数据提供了关于热木星的线索

研究人员想要更好地了解热木星大气的热结构。为此,次级月食提供了这些数据,使研究人员能够构建每个行星的温度和压力的单独剖面。

此外,近红外光,一种红外线,可以揭示行星大气中的吸收特征。这项研究是这样的指纹分析实际上,因为每个原子或分子都有自己的原子或分子独特的形象.最终,通过观察不同的波长,研究人员可以确定每个行星大气的化学组成。根据曼斯菲尔德:

在某种程度上,我们用分子扫描这些热木星上的大气。我们可以利用我们观察到的光谱来获取大气组成的信息,我们也可以获取大气结构的信息。

一个带着眼镜,留着黑色长发的微笑女人站在砖房前。
亚利桑那大学的梅根·曼斯菲尔德(Megan Mansfield)领导了这项新野外指南的研究。图像通过亚利桑那大学

理论模型

然而,对热木星的分析并不局限于日食数据。此外,研究人员还使用了被认为在行星大气中发生的物理过程的计算机模型。这些数据与观察数据进行了比较。结果是一场势均力敌的比赛。总的来说,这一成功表明,以前关于行星的理论模型是正确的。

结果是什么呢?这些发现表明,在大多数情况下,热木星都非常相似。总的来说,它们应该有基本相同的分子,比如水和一氧化碳。它们也应该有少量的其他分子。唯一显著的区别是分子的相对数量的变化。水吸收大气的特征也被发现在热木星之间略有不同。曼斯菲尔德说:

总的来说,我们的结果告诉我们,我们很有可能已经弄清楚了这些行星的化学成分。与此同时,每颗行星都有自己的化学组成,这也影响着我们在观测中看到的东西。

奇异的世界

总的来说,热木星可能在某些方面与木星相似,但它们也是独特的外星行星。在我们的太阳系中没有任何巨大的行星靠近太阳运行。然而,它们似乎在银河系的其他地方很常见。据估计,大约每10颗恒星中就有1颗有热木星。许多行星已经被发现,尽管这很大程度上是因为它们比较小的岩石行星或气体行星更容易被发现。据我们所知,热木星的大小从木星的1/3到木星的10倍不等超级木星)。

这颗行星的大气层中有明亮的云层和条纹,背景为黑色。
这是对超级木星湍流大气的模拟HD 80606 b.美国宇航局的斯皮策太空望远镜提供此模拟所基于的数据。图片由NASA/ jpl -加州理工学院提供亚利桑那大学

热木星的不同之处在于,它们的轨道离恒星非常近,通常比水星绕太阳的轨道更近。事实上,在炎热的木星上,一年通常只持续几天甚至几个小时。

未来观察的指南

该指南对于研究未来几年新发现的热木星特别有用。此外,即将推出的詹姆斯·韦伯太空望远镜(詹姆斯韦伯太空望远镜),将于12月18日发射,将能够比以往更近距离地观察热木星。曼斯菲尔德说:

关于行星是如何形成的,我们仍然有很多不知道的地方,我们试图理解这是如何发生的方法之一就是观察这些热木星的大气层并弄清楚它们是如何形成的。用哈勃的数据,我们可以看看趋势通过研究水吸收,但是当我们谈论的是大气的成分作为一个整体,还有许多其他重要的分子你想看看,如一氧化碳和二氧化碳,和詹姆斯韦伯太空望远镜将给我们一个机会来观察这些。

Nançay升级LOFAR的新扩展(NenuFAR),位于Nancay射电天文站在法国,也将接受更仔细的观察在热木星。通过研究它们的磁场,它将“看到”它们的内部。

带有许多黄金六边形天线的大型卫星,漂浮在太空中。
定于12月18日发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜将能够更近距离地研究热木星。图像通过美国国家航空航天局

对系外行星科学的启示

正如论文中提到的,这些发现也对整个系外行星科学产生了影响:

除了验证我们的假设,对系外行星大气的更精确的成分约束,将有助于我们理解过去25年揭示的不同行星系统的形成和演化过程。

结论:天文学家已经开发了一种新的系外行星磁场指南,用于观测热木星,即运行轨道非常接近其恒星的巨大热行星。它极大地扩展了之前的研究,结合了哈勃太空望远镜的观测结果和理论模型。

资料来源:一个独特的热木星光谱序列,有成分多样性的证据

来源(预印本):一个独特的热木星光谱序列,有成分多样性的证据

通过亚利桑那大学

发布
2021年的10月28日
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