风暴天气升级:系外行星大气层被超高速风搅动

一项针对一颗被充分观测的太阳系外行星的新观察揭示,时速7000公里的狂风正席卷其高层大气


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一颗长期研究的行星围绕一颗距离地球150光年的恒星运行,现在归功于从地球研究太阳系外行星的新方法,这颗行星获得了新的审视。

这颗行星的名字平淡无奇,叫做HD 209458 b,在1999年成为首个被发现的世界,当时它从其宿主恒星前方经过,这一事件被称为凌星,通过恒星的轻微变暗揭示了这颗幸运地排列的行星的存在。即使天文学家无法直接看到凌星行星——它的存在是通过宿主恒星的视亮度的变化推断出来的,并由其他效应证实——他们也可以跟踪穿过物体轨道的星光光谱,以隔离来自行星的贡献。

自HD 209458 b被发现以来的10多年里,研究人员已经在其大气层中识别出几种分子,包括水蒸气、甲烷和二氧化碳。现在,一项发表在6月24日自然杂志上的研究基于对行星高层大气中一氧化碳的高分辨率测量,正在对这颗行星进行新的观察,揭示风以每小时数千公里的速度撕裂大气层。(大众科学是自然出版集团的一部分。)

当气态巨行星HD 209458 b从其宿主恒星(称为HD 209458)前方经过时,这颗行星会遮挡住一小部分恒星的光线,而更小的一部分光线会照亮行星的大气层。该研究的作者使用了位于智利的甚大望远镜(VLT)上的高分辨率摄谱仪,通过一氧化碳分子对星光的特征吸收来识别大气中一氧化碳的光谱特征。

借助VLT摄谱仪的分辨率,研究人员甚至能够探测到一氧化碳信号的多普勒频移,因为这颗行星在其凌星过程中,在退回到其宿主恒星后面之前,它会稍微靠近地球。多普勒频移使该团队能够估计这颗行星的轨道速度为每秒140公里——独立验证了通过其他方式获得的类似数据。结合对母恒星响应其伴行星的引力拖曳的轨道运动的测量,研究人员还能够根据牛顿万有引力定律推导出行星和恒星的质量估计。他们发现,HD 209458 b的质量是木星的64%,而恒星HD 209458的质量与太阳几乎相同;这两个数字与先前存在的估计非常吻合。

莱顿大学的天文学家、主要研究作者伊格纳斯·斯内伦说,自1995年发现第一颗绕类日恒星运行的行星以来,天文学家一直在寻求这种精细的光谱。(那颗行星,飞马座51 b,不凌星;它的存在是通过引力效应推断出来的。)斯内伦说,他的团队研究的不同之处在于VLT摄谱仪卓越的分辨率,该摄谱仪于2006年投入使用。

除了独立地确认HD 209458系统的参数外,光谱还让人对这颗巨行星大气层的动力学有了诱人的了解。随着这颗行星沿着其轨道路径稳步前进,一氧化碳似乎也在移动。“我们看到了HD 209458 b速度的明显变化,”斯内伦说。“还有一个偏移——凌星期间的气体似乎正在向我们移动。”

一氧化碳的流速似乎为每秒两公里,或大约每小时7000公里,这是由行星半球之间的温度差异驱动的。“在大气层的非常高处,有一种超级风从向阳面吹向背阳面,”斯内伦说。HD 209458 b的两侧很可能具有非常不同的温度,因为这颗行星由于其靠近宿主恒星——大约是地球和太阳之间距离的二十分之一——而经历了强烈的辐射,并且因为这颗行星似乎被潮汐锁定,始终将同一半球暴露在其恒星之下。(潮汐锁定是确保从地球上只能看到月球一面的相同机制。)

美国宇航局喷气推进实验室位于加利福尼亚州帕萨迪纳的天文学家马克·斯温说,理论模型预测了HD 209458 b上存在这种量级的风,但对这种大气活动的观测性一瞥仍然令人兴奋。“初步探测到这种纬向风非常特别,”他说,并补充说,还需要做更多的工作来提高这一发现的信噪比水平。

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