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黄色的天空,垂直的轨道、天空下铁雨,这颗行星为何如此诡异?

2020/8/2 15:51:56 来源:原创 浏览:

当我们抬起头的时候,可以看见一片蔚蓝的天空,这是因为我们能够亲眼见证。但是,如果我说科学家发现一颗780光年以外的系外行星拥有一片黄色的天空,你会相信吗?科学家是如何确定它的颜色的呢?

蓬松的热木星

这颗行星,叫做WASP-79b,位于780光年外的波江座,是科学家在2012年时利用径向速度法发现的一颗热木星。尽管木星在太阳系可以称王称霸,但是在WASP-79b面前只是一个小不点。WASP-79b的直径有可能达到木星的2.09倍,也就是接近30万公里,体内足够放下1.3万个地球。不过,它的质量却比木星小,只有后者的90%左右。

WASP-79b之所以密度比木星小这么多,和它的位置有着密不可分的关系。WASP-79b距离它的宿主恒星仅有806万公里,是日地距离的5.37%。因此,它围绕宿主恒星公转一圈,仅仅需要大约3.66天。

而它的宿主恒星WASP-79却是一颗比太阳还要巨大的恒星,质量是太阳的1.56倍,表面温度约为6600K。因此,在这样近距离的炙烤之下,WASP-79b的表面温度也有3000华氏度(约1648摄氏度)。由于WASP-79b是气体行星,热胀冷缩效应非常明显,所以在高温的作用下显得非常蓬松,才有了如此低的密度。

这种蓬松的热木星,科学家已经发现过许多了,因此对这个现象也已经见怪不怪。但是,它的所具备的其他诡异之处,让它成为了最特别的系外行星之一。

最诡异的系外行星

  • 目前来说,科学家发现的WASP-79b这种行星围绕的都是比太阳小的红矮星,但是,它的宿主恒星半径为太阳的1.64倍,是目前科学家发现拥有系外行星的最大恒星之一
  • 由于WASP-79b表面的温度超过了1600℃,连金属铁(熔点1535℃)也会融化沸腾,形成一片铁云,然后像雨水一样落下来,下起恐怖的铁雨
  • 科学家观测到,WASP-79b围绕宿主恒星公转的轨道非常奇怪。太阳系的行星轨道面基本上与太阳的赤道重合,或者拥有很小的夹角。但是,WASP-79b的轨道和宿主恒星的赤道几乎垂直,这意味着他公转时竟然会经过WASP-79的两极。
  • 更加奇怪的是,当科学家们利用强大的望远镜对它进行观测的时候,竟然发现它的天空很有可能是黄色的,就像世界末日一般。

你可能不理解科学家是怎么在780光年外就判断它的天空是黄色的,想要解释这个问题,咱们先来说说地球的天空为什么是蓝色的。

天空的颜色

我们已经习惯了抬头就看到一片蔚蓝色的天空,如果登上WASP-79b,将会被它的天空颜色所震撼,因为那将是永远的金黄色。那么,没有登陆上去的科学家们,是如何判断它的天空颜色的呢?

(图片说明:艺术家绘制的WASP-79b假想图,它的天空很可能是黄色的)

首先,我们要了解天空颜色是怎么产生的。

实际上,我们虽然经常说太阳是红色的或者黄色的,但如果在太空中看,太阳其实是白色的。那就奇怪了,为何白色的太阳光,射到地球就变成蓝色的天空了呢?科学家告诉我们:这是地球大气层散射作用的结果,具体说是瑞利散射

牛顿用三棱镜告诉我们,白光可以分解成赤橙黄绿蓝靛紫七种颜色,这几种颜色的光波长越来越短。在散射过程中,波长较短的蓝光散射得更激烈,所以天空呈现出蓝色。你可能会问:按照这个顺序,紫色波长应该更短啊,天空为什么不是紫色的?想法没错,不过人眼对于蓝色更加敏感一些,所以我们看到的就是蓝色了。

情况在火星上又会变得不一样,那里的天空是黄褐色或者是粉红色的。火星表面沙尘暴肆虐,它们的颗粒较大,所以瑞利散射不明显,更多的是米氏散射,导致火星表面出现黄褐色。而在清晨和黄昏时段,天空则偏向粉红色。

永远金黄的天空

最初,科学家们也曾经用瑞利散射的原理推测WASP-79b的天空颜色,也就是认为它的大气层包含的都是极微小的粒子。不过,在结合了哈勃太空望远镜凌日系外行星勘测卫星(Transiting Exoplanet Survey Satellite,简称TESS)和智利拉斯坎帕纳斯天文台的麦哲伦望远镜二号三大设备的观测数据后,他们有了不同的看法,并在《天体物理学报》上发表了最新的研究成果。

(图片说明:位于智利的麦哲伦望远镜)

利用麦哲伦望远镜的光谱仪,科学家们可以对系外天体不同波长的光进行检测。但意外的是,他们并没有发现瑞利散射的痕迹。既然没有瑞利散射,那就意味着WASP-79b不太可能和我们一样拥有蓝色的天空。而这个现象,也随即被TESS证实,这意味着它们观测的错误率很低。

那么,这只说明了WASP-79b的天空不是蓝色,科学家是怎么判断它是黄色的呢?我们上面提到,WASP-79b的表面有大量的铁云,还会下铁雨,而铁水的颜色正是黄色,因此这很有可能渲染了它的天空。

所有的证据都表明,WASP-79b很可能有一个人类尚不了解的大气过程,从未被人类或者人类计算机模型发现。

(图片说明:行星天空颜色图解。上图为无云、相对松散的大气层,在瑞利散射下将宿主恒星的蓝光散射掉,而允许红光的波长较长的可见光通过;中图为无云但紧贴地面的大气层,不同波长的可见光几乎以相同的形式通过;下图为松散但多云的大气层,可以让阻止所有波长的可见光通过。)

而且,由于WASP-79b距离宿主恒星太近,它已经被潮汐锁定了。这意味着在朝向宿主恒星的一面,金黄色的天空恐怕永远都不会褪色;而在另一面,则永远处于黑暗之中。

“WASP-79b绝对是一个与地球完全不同的世界,”本次研究的主要作者、约翰-霍普金斯大学应用物理实验室的Kristin Showalter Sotzen介绍说,“你绝对不会想要去那里旅行。”

(图片说明:该研究的主要作者Kristin Showalter Sotzen)

“因为这种现象第一次被发现,所以我们真的不知道那里发生了什么。”她继续说,“由于只有一颗行星作为例子,我们不知道这种大气现象是否与行星的演化有关。不过,如果我们在其他类似的天体上发现了这样的特征,那么它将会颠覆现有的大气演化进程理论。我们正在尝试对其他热木星的研究,它们的探索会更简单一些。这些热木星会给我们启示,帮助我们更好地预测系外行星的大气状况,比如它们是否拥有云层。”

你可能到现在还不相信它天空的颜色,实际上科学家们也心存疑虑,或者说非常好奇,想知道真正的答案。2021年,詹姆斯·韦伯太空望远镜将会升空,它会带着更加精密的设备和更强大的观测能力,去探索这个宇宙。有一天它也会对准WASP-79b,再次寻找这颗行星的秘密。

如果詹姆斯·韦伯太空望远镜也得出同样的结论,那么我们很可能真的发现了一颗前所未有的诡异行星。

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