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
当我们的旋转着的岩石和金属球体沿着围绕太阳的稳定路径运行时,我们再次穿过冬至点,即地球北极指向我们炽热的恒星父母最远的点(今年协调世界时 12 月 22 日凌晨 5 点 30 分,几乎与格林威治标准时间凌晨 5 点 30 分相同)。这给北半球带来的寒意可能会让人感到有点困惑,仅仅 12 天后,即 1 月 3 日,地球也会经过其距离太阳最近的点(近日点)。
为什么我们不会因为这次经过而感到燥热不安呢?答案是地球的轨道非常接近圆形,因此近日点仅比我们巨大的椭圆轨道环中最远的点近约 3%。由此产生的太阳辐射增加(百分之几)确实会使地球变暖一点,但与我们行星倾斜的影响相比,局部影响很小。因此,对于我们这些在北方的人来说,我们离恒星最近的经过仍然是一件寒冷刺骨的事情。
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在宇宙的其他地方,情况绝对并非总是如此。因此,当您啜饮热可可,或在烧烤架上抛掷无辜的对跖点甲壳类动物时,请为一颗不如您自己的星球幸运的行星留一份思念。
HD 80606b:严重的反复晒伤案例
仅仅 190 光年之外,在大熊座的方向上,有一颗气体巨行星,质量约为木星的四倍。每 55.5 天,这颗行星会在距离其普通的、类似太阳的母星的温和、温带距离和接收超过 800 倍恒星辐射的极其灼热的地方之间切换。欢迎来到 HD 80606b,一颗轨道偏心率为 0.93 的行星,其距离恒星最近的距离仅为其最远距离的 1/29,这是一个惊人地近的距离,仅为恒星半径的七倍。
因此,HD 80606b 在以极快的速度穿过近日点时,其外部大气温度在 6 小时内上升了 700 多摄氏度。我们知道这一点是因为,出于统计上的幸运,HD 80606b 既凌日其恒星母星(直接在我们和恒星盘之间穿过),又在其最接近点之后立即被恒星掩食。后一个事件使天文学家能够瞥见当这颗行星将其“脚趾”浸入冥府领域时倾泻而出的红外辐射。
让一颗行星遭受这种残酷的加热可能会导致一些壮观的大气变化,巨大的热点驱动着巨大的风。流体动力学模拟让我们对可能发生的事情有了一些了解。
HD 80606b 在近日点之前、期间和之后的 可视化效果(NASA/JPL-Caltech/G. Laughlin 等人)
这部影片从我们在地球上的视角展示了 HD 80606b。起初,这颗行星尚未穿过近日点,蓝色是恒星反射向我们的光。动画开始四秒后是最接近点,现在红色的光芒是行星自身发出的红外辐射——相当于一声热雷。随着时间的推移,我们只能看到行星的夜侧,因为它再次远离恒星,但其大气层仍然很热,翻滚,并从其近距离遭遇的巨大辐射冲击中流动出来。
在这种情况下,大自然为我们提供了一个绝妙的实验装置,用于理解恒星辐射的极端变化对行星大气层的影响。每 111 天(外出 55.5 天,返回 55.5 天),HD 80606b 都会经历同样的残酷体验,为我们提供了另一个观察和完善我们模型的机会。
虽然这是一个真正非凡的系统,但我们预计许多“类地”世界,即那些即将被发现的世界,将具有比我们家园行星更椭圆的轨道。我们对这会对这些行星上的生命产生什么影响的初步调查(例如,Dressing、Spiegel、Menou、Raymond 和我本人的工作)产生了一些令人惊讶的答案。相当椭圆的轨道(虽然远不如 HD 80606b)不一定会使类地、岩石、潮湿的世界变得不适宜居住。虽然在一年中的某些时候,这些行星上的某些位置可能确实会变得非常热或非常冷,但所谓的“热惯性”(陆地或海洋不愿快速释放或吸收热量)可能会使这些世界度过最糟糕的时期——从而缓和极端情况。
因此,当我们度过我们相当温和的冬至和近日点时,很可能在某个地方的另一个地方,正在为它最糟糕的季节做准备,唯一能安慰它的是,美好的日子即将到来。