在距离地球仅 60 光年的地方,围绕着一颗名为 HD 189733 的橙色恒星运行着一个地球人不想去拜访的世界。这颗行星是一颗气体巨星,就像木星或土星一样,但与那些熟悉的星球不同,这颗行星紧紧地依偎着它的主恒星,其轨道距离约为地球绕太阳公转距离的 1/30。这颗系外行星,按照天文惯例被标记为 HD 189733 b,在其天文烤炉下保持着极高的温度,温度高达 900 摄氏度以上。
感谢一项新的研究,任何被迫访问 HD 189733 b 的假设的不幸者都将知道该行星的哪个部分是最炎热的。华盛顿大学(U.W.)、哥伦比亚大学和西北大学的三位研究人员绘制了该行星大气层在纬度和经度上的热图。他们的研究结果发表在 3 月 10 日的《天体物理学杂志快报》上。
这张地图有些粗糙,但这并不奇怪,因为 HD 189733 b 甚至无法以传统的方式被看到。与天文学家迄今为止已识别出的 750 多颗系外行星中的大多数情况一样,它的存在和性质是从间接观测中推断出来的——例如,通过监测行星在经过其母恒星前方时阻挡了多少星光。
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五年前,天文学家使用斯皮策太空望远镜绘制了 HD 189733 b 热辐射的经度差异——向阳面与背阳面——通过监测来自恒星和行星的红外辐射。通过跟踪行星在其轨道上移动时的变化,研究人员不仅能够提取出行星发出的红外辐射量,还能提取出来自行星各个经度带发出的红外辐射量。
HD 189733 b 是潮汐锁定的,这意味着同一半球始终面向恒星,非常类似于月球的同一面始终面向地球。“在观察了它半个轨道后,我们就看到了它的所有面,”U.W. 的天体物理学家埃里克·阿戈尔说,他为 2007 年的测绘工作和最新的研究都做出了贡献。“但我们不知道光线来自哪个纬度。”
为了获得二维图像,阿戈尔和他的同事使用斯皮策望远镜跟踪 HD 189733 b,当行星消失在其恒星背后时,以及当它重新出现时。由于所谓的二级凌星发生在恒星表面的高处,恒星的边缘以一定角度遮蔽了行星。这使得阿戈尔和他的同事能够估计 HD 189733 b 在恒星背后经过以及行星重新出现时,行星各个倾斜带的热亮度。“当行星经过恒星背后时,你知道行星应该消失多少,”阿戈尔说。“你可以将这与那时消失的通量进行比较,然后我们可以结合起来制作行星的二维图像。”
在从七次二级凌星中收集到的图片中,证实了该行星确实有一个明显的热点,正如在向阳面所预期的那样,在恒星的持续照射下。但这个热点沿着赤道稍微偏移了一点,这可能是由于预计存在于那里的强风。HD 189733 b 的气候模型预测,风速可能高达每秒数公里,沿着赤道呼啸。“这种风带的一个标志是,热点不应该直接位于次恒星点,即正午,”加州理工学院的行星天文学家希瑟·克努特森说,她没有参与这项新研究。“热气实际上会被顺风稍微带走一点。”
克努特森曾参与2007 年绘制 HD 189733 b 地图,她指出这两张地图都精确地指出了热点的相似位置。“真正令人欣慰的是,通过使用这种不同的方法,他们得出了非常相似的结论,”她说。阿戈尔的研究小组还揭示,热点位于赤道附近,这与一维经度地图中的假设相同。“他们的方法的好处是,你可以开始获得一些南北信息,”克努特森说。“这是一个非常棒的捷径,可以绕过大多数行星离我们太远而无法真正看到它们的事实。”
不幸的是,很少有其他已知的行星像这样有利的位置进行如此详细的研究。首先,HD 189733 b 比除少数已知的系外行星之外的所有行星都更靠近我们的太阳系。它是一个巨大的行星,直径比木星大约 14%,围绕着一颗比太阳小约 20% 的主恒星运行。这些尺寸,加上行星的极端高温,形成了一个相对较强的热信号,可以从恒星单独发出的辐射中分离出来。但是未来的红外天文台,例如 NASA 的巨型詹姆斯·韦伯太空望远镜,可能能够绘制更多系外行星的地图。
就目前而言,阿戈尔称之为二级凌星技术的“第一次尝试”的地图,对于本科生、新研究的主要作者卡尔·马约来说,也是一份令人印象深刻的简历助推器。马约来自西雅图,在哥伦比亚大学的学年之间向阿戈尔寻求一个项目。“这是一个我认为用这些数据做会很酷的想法,但我只是没有时间去做,”阿戈尔说。“在那时,我认为他刚刚在哥伦比亚大学完成了他的大一学年,他想要一份暑期工作。”