第35章 WASP-76b_可觀測Universe_线上阅读小说网 

第35章 WASP-76b(2 / 2)

asp76b的極端天氣,本質上是潮汐鎖定帶來的“大氣剪刀”:恒星加熱晝半球,產生上升氣流;夜半球冷卻,產生下沉氣流。這種對流將大氣分成兩個部分,而熱風則將物質從晝半球傳輸到夜半球。這種機製可能普遍存在於潮汐鎖定的熱木星中,隻是asp76b的溫度足夠高,讓這種傳輸的物質變成了“金屬”。

二)係外行星的“化學循環”

鐵是宇宙中最豐富的重金屬元素之一僅次於氧、碳、氖)。在太陽係中,鐵主要存在於行星的核心比如地球的地核),但在asp76b中,鐵卻在大氣中進行著“蒸發凝結降落”的循環。這種循環讓我們意識到,係外行星的大氣化學可能與太陽係完全不同——重元素不一定沉降到核心,也可能在大氣中循環。

三)尋找“宜居行星”的反麵教材

asp76b的存在,也讓我們更加珍惜地球的“溫和”。它的環境是如此極端:沒有液態水,沒有穩定的大氣,沒有可供生命生存的表麵。但這恰恰提醒我們,生命之所以能在地球上誕生,是因為我們處於“宜居帶”ezone)——行星與恒星的距離適中,溫度允許液態水存在。asp76b則是一個“非宜居帶”的極端案例,它的存在拓展了我們對“宜居”的定義邊界。

七、未來:jst的“透視眼”

儘管espresso已經揭示了asp76b的“鐵雨”之謎,但仍有許多問題等待解答:比如,夜半球的鐵雨是否會凝固成固體?行星的大氣是否正在被恒星風剝離?核心的成分是什麼?

這些問題,有望通過詹姆斯·韋伯太空望遠鏡jst)來解決。jst是一台紅外望遠鏡,將於2022年發射注:實際已於2021年12月發射,並於2022年7月開始科學觀測),它的靈敏度是哈勃望遠鏡的100倍,能夠穿透塵埃,觀測係外行星的大氣成分。

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對於asp76b來說,jst可以做三件事:

檢測其他金屬:比如鎂、矽、氧等,看看它們是否也在大氣中循環,形成“鎂雨”或“矽雨”。

測量雲粒大小:通過分析紅外光譜中的散射信號,確定夜半球雲粒的大小和組成,判斷鐵雨是液態還是固態。

追蹤大氣流失:通過觀測恒星風與行星大氣的相互作用,計算asp76b每年失去多少大氣質量,預測它的“壽命”。

結語:宇宙的多樣性與人類的渺小

asp76b是一顆“不友好”的行星,它的存在挑戰了我們對“行星環境”的認知。但正是這種極端性,讓它成為天文學家的“寶藏”——通過研究它,我們得以窺探宇宙中行星的多樣性,理解大氣物理的極端情況,甚至反觀地球的“特殊性”。

當我們仰望星空,想到640光年外有一顆行星在下“鐵雨”,我們應該感到敬畏:宇宙比我們想象的更廣闊,更複雜,也更精彩。而人類的使命,就是用科學的方法,去解開這些宇宙的秘密,去理解我們在宇宙中的位置。

上篇完,下篇將繼續深入asp76b的大氣結構、磁場特性,以及它對係外行星演化理論的挑戰。)

asp76b:下著“鐵雨”的煉獄世界下篇)

八、大氣結構:從“熱頂”到“冷底”的垂直分層

asp76b的大氣層,並不是一個均勻的“熱湯”,而是有著清晰的垂直分層。這種分層,源於溫度梯度、成分差異和大氣環流的共同作用。

根據espresso和後續模型的研究,asp76b的大氣可以分為三個主要層次:osphere):溫度高達3000k的“蒸汽房”

熱頂層是大氣的最外層,緊鄰恒星輻射的“衝擊區”。這裡的溫度高達3000k,足以蒸發所有重元素——鐵、鎂、矽等金屬原子都在這裡氣化,形成稀薄但熾熱的蒸汽雲。由於溫度極高,熱頂層的壓力極低約為地球大氣壓的106倍),氣體分子的運動速度超過了逃逸速度約20公裡秒),因此部分金屬蒸汽會逃逸到太空,形成“金屬尾跡”。esosphere):傳輸通道與雲的形成

中間層是連接熱頂層與對流層的“橋梁”,溫度從3000k下降到1800k。這裡的鐵蒸汽開始冷卻,但由於溫度仍高於鐵的沸點3135k),所以仍然保持氣態。然而,中間層的風速最快可達10公裡秒),這些高速氣流將鐵蒸汽從晝半球傳輸到夜半球。

在中間層的夜半球一側,溫度降至1800k以下,鐵蒸汽開始凝結成液態小滴,形成“鐵雲”。這些雲滴的直徑約為0.1微米,比地球雲滴小100倍,但由於大氣密度更高,它們會迅速聚集,形成更大的液滴。

三)對流層troposphere):鐵雨的“墜落通道”

對流層是大氣的最底層,緊鄰行星表麵。這裡的溫度從1800k下降到1200k,是鐵雨的主要降落區域。由於溫度仍高於鐵的熔點1538k),鐵雨在下落過程中保持液態,直到落到地麵。

對流層的壓力較高約為地球大氣壓的10倍),氣體密度大,因此鐵雨的下落速度會逐漸加快——從中間層的每秒幾米,增加到對流層底部的每秒幾十米。當鐵雨落到岩漿海時,會產生衝擊波,濺起微小的岩漿滴,這些滴液會再次蒸發,形成局部的“金屬蒸汽羽”,加入到大氣循環中。

九、磁場:抵禦恒星風的“盾牌”

熱木星通常擁有強大的磁場——這是因為它們的內部是液態的金屬氫etaichydrogen)。當行星自轉時,液態金屬氫會產生電流,進而生成磁場。asp76b的磁場強度約為木星的510倍木星的磁場強度是地球的20,000倍),這讓它能夠抵禦恒星風的侵蝕。

恒星風是從恒星表麵噴出的高速帶電粒子流主要是質子和電子),速度可達數百公裡秒。對於沒有磁場的行星來說,恒星風會直接衝擊大氣,將大氣分子電離並帶走,就像“用刀削蘋果皮”一樣。但asp76agosphere),保護大氣不被剝離。

然而,磁層的保護並不是絕對的。asp76的恒星風強度是太陽的2倍,因此仍會有部分恒星風粒子穿透磁層,撞擊大氣頂部。這些粒子會加熱熱頂層,增加金屬蒸汽的逃逸率——據估計,asp76b每年損失的大氣質量約為地球質量的1012倍,雖然很小,但長期積累下來,可能會導致它最終失去大部分大氣,變成一個“裸露的岩核”。

十、係外行星演化:從“熱木星”到“岩核”

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asp76b的命運,與它的“熱木星”身份密切相關。熱木星是係外行星中最“短命”的一類——它們的軌道半徑極小,會受到恒星潮汐力的影響,逐漸“螺旋”向恒星靠近,最終墜入恒星。

根據潮汐演化模型,asp76b的軌道每年會縮小約1010au約合1.5公裡)。按照這個速度,它需要約100億年才能墜入asp76——這比宇宙的年齡約138億年)還要長,因此它暫時還不會被恒星吞噬。

但在此之前,它的大氣會逐漸被恒星風剝離。當大氣質量損失到一定程度時,行星的核心會暴露出來,成為一個“超級地球”質量約為地球的510倍)。此時,asp76b將從“熱木星”轉變為“岩核行星”,但它的表麵溫度仍會很高,因為距離恒星太近。

十一、對生命的影響:“地獄”中沒有生命,但宇宙因它而精彩

asp76b的環境,對於生命來說是“絕對禁區”:

溫度極端:晝半球2127°c,夜半球927°c,沒有任何已知的生命形式能在這種溫度下生存。

沒有液態水:水在100°c以上會蒸發,374°c以上會進入“超臨界狀態”,asp76b的大氣中沒有液態水存在的空間。

強輻射:恒星的紫外線和x射線輻射會破壞生命的dna,即使有生命形式能承受高溫,也無法抵禦輻射。

但這並不意味著asp76b沒有價值。恰恰相反,它的存在讓我們意識到:

宇宙的多樣性:係外行星的世界遠比太陽係豐富,有的行星像地球般溫和,有的像asp76b般極端。這種多樣性,是宇宙演化的必然結果。

生命的“偶然性”:地球之所以能成為生命的搖籃,是因為它處於“宜居帶”,有穩定的大氣、液態水和磁場。這種“巧合”,是宇宙中的稀有事件。

科學的“好奇心”:正是因為有asp76b這樣的“極端案例”,人類才會不斷探索宇宙,尋找生命的邊界。

十二、結語:宇宙是一麵鏡子,照見我們的渺小與偉大

asp76b是一顆“不完美的行星”,它的極端環境讓它成為宇宙中的“異類”。但正是這種“不完美”,讓它成為天文學家的“老師”——通過研究它,我們理解了潮汐鎖定的力量,大氣循環的機製,以及係外行星的演化。

當我們回望地球,我們會發現:我們的星球是如此“完美”——適宜的溫度、液態水、穩定的大氣。這種完美,不是理所當然的,而是宇宙演化的“奇跡”。而人類的使命,就是珍惜這份奇跡,用科學的方法,去探索宇宙的奧秘,去尋找宇宙中其他的“完美”世界。

asp76b的下“鐵雨”現象,是宇宙給我們的一份“禮物”——它讓我們看到,宇宙比我們想象的更精彩,更複雜,也更有生命力。而這,正是科學探索的魅力所在。

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