炽热系外行星降下铁雨

一颗名为WASP-76 b的行星可能是我们所知的最极端的星球

在这张艺术家的插图中,铁蒸汽凝结成铁液滴,降落在系外行星WASP-76b上。

“最奇特系外行星”的称号又有了一个新的竞争者。

这个桂冠可能已经戴在HD 189733 b头上有一段时间了,那是一个钴蓝色的外星世界,熔融的玻璃雨以高达5400英里/小时(8790公里/小时)的速度在空中横扫。但一项新的研究报告称,铁雨很可能穿过WASP-76 b的浓厚湍流空气降落,这是一颗怪异的“超热木星”,位于双鱼座,距离太阳约640光年。

WASP-76 b 每1.8个地球日绕其主星运行一周,其轨道如此紧密,以至于这颗气态行星是“潮汐锁定”的,总是以同一面朝向恒星。研究人员说,白昼面的温度会攀升至4350华氏度(2400摄氏度)以上,足以汽化金属,而夜间面则要凉爽得多(但仍然是惊人的)2730华氏度(1500摄氏度)。


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瑞士日内瓦大学天文学副教授、该研究的主要作者大卫·埃伦赖希说:“这可能是我们在行星上能发现的最极端的气候。”

埃伦赖希告诉Space.com:“我们必须扩展我们对什么是气候、什么是行星大气层的理解,才能理解这个物体。”

WASP-76 b发现于2013年。这颗外星行星的质量与木星差不多,但宽度几乎是木星的两倍,这很可能是因为这颗系外行星从其主星接收到大量的辐射使其大气层显著膨胀。(关于该天体的距离需要快速说明一下:一些资料来源说WASP-76 b距离约为390光年,但这个数字是不准确的,埃伦赖希说。他和他的同事使用来自欧洲超精密恒星测绘航天器盖亚的数据计算了WASP-76 b的距离。)

在这项新研究中,研究人员使用用于岩石系外行星和稳定光谱观测的埃歇尔光谱仪(ESPRESSO)研究了WASP-76 b,该仪器安装在欧洲南方天文台位于智利的甚大望远镜上。

ESPRESSO在分隔WASP-76 b白昼面和夜间面的“傍晚”边界处检测到强烈的铁蒸气信号。但在行星另一侧的“早晨”边界处,即夜间面融入白昼面之处,则没有发现这种信号。

埃伦赖希说:“夜间面一定发生了某种情况,导致铁消失。”

他补充说,最好的解释是,风和WASP-76 b的自转将汽化的铁从白昼面带到夜间面。夜间面足够凉爽,铁蒸汽可以凝结成云,然后在那边向空中倾泻雨水。这种雨可能由硫化铁或氢化铁等化合物组成。

但是,埃伦赖希说,“考虑到这些条件,最可能的情况是铁凝结成纯铁的液滴。”(他补充说,这种铁雨可能会通过大气环流最终回到白昼面,从而使循环永续。)

而且,这种雨水可能不会以细雨的形式轻轻落下,因为WASP-76 b两半之间的巨大温度差异会产生惊人的狂风。例如,该行星白昼面空气中的铁正以大约11000英里/小时(18000公里/小时)的速度冲向夜间面,埃伦赖希说。

WASP-76 b的奇异之处还不止于此。研究人员说,由于热负荷较高,白昼面大气层可能比夜间面大气层膨胀得多。因此,两个半球之间的“傍晚”和“早晨”边界可能以从光明到黑暗处落下的高耸的云层为标志。

埃伦赖希说:“而且,这种降落的细雨不是水滴,而是铁滴。”

WASP-76 b的疯狂之处不仅仅是吸引人的地方。埃伦赖希说,关于这个奇怪系外行星的新信息应该有助于科学家改进和测试气候和全球环流模型,从而更好地了解一般的系外行星大气层。WASP-76 b也提醒研究人员保持开放的心态,因为大自然会产生令人眼花缭乱的多样化世界。

埃伦赖希说:“系外行星是一个充满惊喜的真正宝库。你观察得越多,发现的就越多。”

他和他的同事旨在挖掘更多这样的惊喜。这项新成果于今天(3月11日)在《自然》杂志上在线发表,来自2018年9月使用ESPRESSO进行的首批科学观测。研究人员现在正在使用ESPRESSO对系外行星大气层进行广泛的调查,这可能会揭示WASP-76 b是一个异常值,还是一类非常奇怪的世界的成员。

埃伦赖希在一份声明中说:“我们现在有了一种追踪最极端系外行星气候的全新方法。”

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Mike Wall has been writing for Space.com since 2010. His book about the search for alien life, “Out There,” was published on Nov. 13, 2018. Before becoming a science writer, Michael worked as a herpetologist and wildlife biologist. He has a Ph.D. in evolutionary biology from the University of Sydney, Australia, a bachelor’s degree from the University of Arizona, and a graduate certificate in science writing from the University of California, Santa Cruz.

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