让系外行星出现在地球,NASA实验重建热木星大气环境

科学家还无法设计出前往系外行星的太空交通工具,只好在地球上做一颗假的系外行星出来研究──比如NASA 喷射推进实验室最近就重建出热木星的大气,并且发现了热木星大气不透明的原因。

热木星是一种常见的系外行星类型,也是最容易靠径向速度法被望远镜发现的系外行星(因为质量极大,对母恒星运动造成的影响比其他类型行星更明显),热木星质量接近或超过木星,但木星的轨道半径是5 天文单位,而热木星轨道与母恒星距离只有0.5~0.015 天文单位,公转周期通常不超过10 天。

也因此,热木星的温度通常可以超过2,800℃,目前已知表面温度最高的热木星则为KELT-9b,其潮汐锁定的向阳面温度高达4,600 K(4,330℃),比所有M 型恒星与大部分K 型恒星还要酷热。

热木星KELT-9b(右)。 (Source:NASA)

面对环境如此严苛的系外行星,科学家还不清楚以后如何前往相关系统近距离研究,只能先在地球上打造实验室重建类似的星球。

NASA 喷射推进实验室(JPL)最近便使用氢气、一小撮一氧化碳、一点紫外线和坚固的“烤箱”房间,“烹饪”出一颗热木星。

实验第一步是搅拌氢气和0.3% 一氧化碳气体成混合物,接着利用特殊“烤箱”将气体混合物加热至330~1,230℃,最后再用紫外线辐射气体混合物使其“爆炸” ,就像热木星受到母恒星猛烈的辐射冲击一样。

该实验的目的之一,是探讨为什么热木星的大气在高海拔与无法形成云层的低压区域中,都相对朦胧不透明,经过团队用紫外线辐射“烘烤”了一个星期多的研究结果表明:紫外线形成悬浮在空气中的固体有机气胶就是主因。之前,虽然天文学家也在系外热木星中检测到气胶,但不清楚气胶的形成机制。

实验第二个有趣的化学反应为:紫外线辐射氢气和一氧化碳后也产生微量的二氧化碳和水,证实了过去在热木星大气中观察到水蒸气的数据,也表明这些行星上的水可能比假设中还要常见。

新论文发布在《天体物理期刊》(The Astrophysical Journal)。

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