这颗地狱般的外星世界的天空可能会创造出怪异的彩虹“荣光”效应

系外行星WASP-76b的大气层可能会下铁雨,并形成一种奇怪的、类似彩虹的现象,称为“荣光”,这种现象在太阳系外还从未见过

Artist impression of glory on exoplanet WASP-76b, a copper color 3d ball on black background.

每个荣光都是独一无二的,这取决于行星大气层的成分以及照射到行星上的星光颜色。WASP-76 是一颗类似我们太阳的黄白色主序星,但不同的恒星会产生颜色和图案各异的荣光。

欧空局,ATG根据欧空局合同执行的工作 (CC BY-SA 3.0 IGO)

有很多词可以用来形容 WASP-76b——地狱般的、灼热的、动荡的、混乱的,甚至是暴力的。这是一颗太阳系外的行星,它离它的恒星非常近,以至于温度高到足以汽化铅。所以,你可以想象,直到现在,“辉煌”还不是其中之一。

最近,这个更积极的描述符被添加到列表中,因为天文学家在超热木星系外行星的大气层中探测到了一种叫做“荣光”的迹象。欧洲航天局的系外行星探测任务系外行星特性探测卫星 (CHEOPS) 的数据暗示了这种荣光效应,它是一种彩虹状的彩色同心光环排列,只在特殊条件下才会发生。

这种效应在我们自己的地球上以及我们暴力的邻居金星的大气层中经常看到,但这是科学家们第一次在我们的宇宙邻域之外看到它发生;WASP-76b 距离我们 637 光年。


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如果证实荣光效应正在 WASP-76b 上发生,它可能会揭示关于这颗奇怪而极端的系外行星的大量信息——一个与我们在恒星领域中看到的任何东西都不同的世界。

“之前在太阳系外没有见过荣光是有原因的——它需要非常特殊的条件,”团队负责人、葡萄牙天体物理学和空间科学研究所的天文学家奥利维尔·德芒容在一份声明中说。“首先,你需要接近完美球形、完全均匀且足够稳定的 атмосферные 粒子,以便长期观察。行星附近的恒星需要直接照射到它,观察者——这里是 CHEOPS——需要处于正确的方向。”

WASP-76b 不仅仅有熔融铁雨

WASP-76b 于 2013 年被发现,距离其母黄星仅 3000 万英里,后者质量约为太阳的 1.5 倍,宽度是太阳的 1.75 倍。这个距离仅为太阳与水星之间距离的 1/12,水星是离我们恒星最近的行星。

因此,这颗行星大约是木星的 1.8 倍大,尽管质量只有这颗气体巨行星的 92%,但它仅在 1.8 个地球日内就绕其恒星运行一周。这种近距离也导致 WASP-76b 的一侧,即“昼侧”,被潮汐锁定以面向其恒星 WASP-76。行星的另一侧,即“夜侧”,则始终面向太空。

由于 WASP-76b 的昼侧受到来自其主星的辐射轰击,那里的温度飙升至超过 4,350 华氏度(2,400 摄氏度)。这足以汽化铁。WASP-76b 上的强风和快速风随后将这种铁蒸气带到行星较冷的夜侧,在那里它凝结成液滴并以降雨的形式落下。

对于 CHEOPS 来说,在这颗炙热的系外行星上发现荣光效应的迹象是一项了不起的成就,它于 2019 年 12 月发射。它证明了该任务探测遥远世界中微妙的、前所未见的现象的能力。

在科学家试图了解行星外肢中发现的奇怪的光不对称性(当行星穿过或“凌日”其母星表面时看到的光不对称性)的过程中,CHEOPS 在三年内观测了 WASP-76b 近二十多次。

这些观测结果显示,来自 WASP-76b 东部“晨昏线”(系外行星的夜侧变成昼侧的分界线)的光增加。该团队得出结论,这种光输出的急剧变化是由强烈、局部化和方向相关的反射引起的。他们称之为荣光效应。

欧空局系外行星研究员马修·斯坦丁在一份声明中说:“重要的是要记住我们所目睹的惊人规模。WASP-76b 距离我们数百光年——一颗极其炎热的气体巨行星,那里可能下着熔融铁雨。”

“尽管一片混乱,但看起来我们已经探测到荣光的潜在迹象。这是一个极其微弱的信号。”

荣光对 WASP-76b 意味着什么?

荣光效应可能具有彩虹般的外观和彩色条纹图案,但它实际上与字面意义上的彩虹截然不同。

彩虹是当来自太阳的光线从一种密度的介质传递到另一种不同密度的介质(通常是从空气到水)时产生的。这会导致光线的路径弯曲,或“折射”,并且不同的波长被折射到不同的程度。因此,来自太阳的白光被分解成其组成颜色,从而产生熟悉的有序且色彩鲜艳的彩虹弧。

另一方面,当光线穿过狭窄的间隙时,就会发生荣光效应。在地球上,这个间隙可能是云层中水滴之间的空间。这会导致另一种形式的折射,称为“衍射”,当光线通过障碍物或孔径时会发生衍射。

当光波分裂然后重新结合时,当波峰遇到波谷时,会发生相消干涉。但是,当波峰遇到波峰时,会发生相长干涉。这分别导致暗带和亮带,以及同心彩色环。

那么,荣光对 WASP-76b 意味着什么?

这种现象在超热木星大气层中的存在表明存在由完美球形水滴组成的云,这些云要么持续了至少三年,要么是不断补充的云。

如果云层是持久存在的,则表明 WASP-76b 大气层的温度虽然令人生畏,但必须随着时间的推移保持稳定。这是一个引人入胜的见解,暗示着长期以来被认为是永无止境的动荡世界周围的稳定性。

结果还表明,系外行星专家可以调查遥远世界中类似的光现象,包括从液态湖泊和海洋反射的星光。这对于人类正在进行的寻找太阳系外生命至关重要。

欧空局即将到来的 阿里尔任务的项目科学家特蕾莎·吕夫廷格说:“还需要进一步的证据才能最终确定这种有趣的‘额外光’是一种罕见的荣光。”。“詹姆斯·韦伯太空望远镜上的 NIRSPEC 仪器的后续观测可以完成这项工作。或者欧空局即将到来的阿里尔任务可以证明它的存在。我们甚至可以从其他系外行星上发现更多光辉灿烂的色彩。”

对于德芒容来说,这种潜在的观测证实了人们对研究 WASP-76b 这个地狱般的世界的持续兴趣。

这位欧空局科学家总结道:“我参与了首次探测到来自这颗奇怪行星的不对称光——从那时起,我就对原因感到非常好奇。”。“来到这里花了一些时间,有时我会问自己,‘你为什么要坚持这个?用你的时间做其他事情可能会更好。’”

“但是当这个特征从数据中出现时,这是一种非常特殊的感觉——一种特殊的满足感,这种感觉并非每天都会发生。”

该团队的研究发表在期刊 《天文学与天体物理学》上。

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罗伯特·利 是英国的一位科学记者,他的文章曾发表在 Physics World、New Scientist、Astronomy Magazine、All About Space、Newsweek 和 ZME Science 上。他还为 Elsevier 和 European Journal of Physics 撰写有关科学传播的文章。罗伯特拥有英国开放大学的物理学和天文学理学学士学位。在 Twitter 上关注他 @sciencef1rst。

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