又一个炎热系外行星上的多云早晨

本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点

美国宇航局的开普勒任务提供了恒星“大数据”的宝库，这些数据不断产生奇妙的结果。现在，由 Esteves 等人撰写并即将发表在TheAstrophysical Journal上的一项新研究，为围绕恒星进行极短轨道运行的行星的特征提供了一些引人注目的线索。

开普勒的主要任务是积累恒星光变曲线——极其精确地测量来自恒星的光随时间的变化。这些光变曲线的主要目标是探测行星凌星——当行星在我们和其恒星母星之间穿过时，光线产生的微小下降。凌星现象已经带来了惊人的新世界——超过 1,000 个物体得到确认，超过 4,000 个有希望的候选者潜伏在档案中。

但是，虽然凌星现象是相对短暂、剧烈的通量偏差，但开普勒的灵敏度也使研究人员能够研究较慢的相位变化，这种变化可能来自围绕恒星运行的发光或反射行星（或者来自恒星本身上的旋转特征）。系统中总亮度的这些细微变化通常表现为与行星轨道运动密切相关的正弦变化。

支持科学新闻报道

如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保未来能够继续讲述关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事。

通过筛选大约四年半的开普勒数据，Esteves 等人已经确定了 14 个行星系统，这些系统中存在这些相位变化的明显迹象。有趣的是，在其中六种情况（其中一些是之前已知的）中，变化的光与您期望的从直接反射行星在次食中在其恒星后面掠过时的情况并非完全同相。

这是一个可爱的小卡通，用来说明简单同相系统中的相位变化

系统总通量的平缓下降和上升在其最小值和峰值处达到顶峰，正好在行星凌星或被恒星遮挡时——完全同相。

相比之下，这是一个六个具有相位偏移或偏移的系统之一的示例，以次食为中心——当行星移动到恒星后面时。曲线是不对称的。

那么，是什么原因导致所有这些系统中的相位偏移呢？

Esteves 等人讨论的观点表明，我们所看到的是这些行星大气状况的直接结果，这些新的分析支持了其他小组的早期结果。

所有这些世界都是巨大的气体巨星，大小与木星相当或稍大。它们都非常靠近恒星运行——最多只需几天即可绕行一周——这使得它们很可能处于潮汐锁定或自旋-轨道同步状态，即它们的日长等于它们的年长。

对类似条件下行星的现有观测，结合大气特性的模型表明，高层大气在白昼侧（在所谓的亚恒星点）被加热，但随着行星的自转方向强烈流动，朝向“傍晚”和夜晚侧。这可以偏移行星大气中最热的点，使其向傍晚的晨昏线移动。

但是开普勒主要探测的是反射光，而不是热行星发出的光芒——除非它真的非常热（超过 2,300 开尔文）。而这个新样本中较冷的四颗行星显示出从其“早晨”晨昏线侧反射光增加的迹象，即当行星从其恒星后面出现时面向我们的一侧。

可能正在发生的事情是，从白天到夜晚，再到白天的大气流动，正在将夜间寒冷侧形成的粒子云带到“早晨”。这些凝结物有助于反射更多来自行星的光，然后在穿过整个白天侧时被加热和消散。

对于我们以地球为中心的大脑来说，这是一个复杂的情况。另一种思考方式是从探索这些行星之一的人的角度来看。

想象一下，他们在一艘宇宙飞船中，他们决定绕这个世界飞行。他们从寒冷的夜晚侧开始。在他们下方，随着气体在黑暗中冷却，形成了巨大的云层。接下来，他们沿着行星自转的方向飞行，来到早晨的晨昏线——他们目睹了灼热的恒星从地平线上升起。

向下看，探险家们看到行星的夜间云层也在流入这个早晨，并发出耀眼的光芒。但是，随着宇宙飞船进一步移动到白天侧，温度升高，云层开始蒸发回气体。换句话说，阴沉的早晨让位于晴朗的午后和下午。

云是由什么构成的？我们不知道。但这些热木星世界的可能成分是钙钛矿 (CaTiO₃) 和镁橄榄石 (Mg₂SiO₄)。

尽管与我们的舒适区相比，这些行星环境是如此残酷，但了解这些细节仍然令人着迷。系外行星科学正真正进入一个时代，在这个时代，个别的世界开始为我们书写它们的历史。