2021-03-12 23:19

这颗附近的系外行星可能已经失去了大气层,然后又形成了新的大气层

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银河系中最令人兴奋的系外行星之一在被发现五年后变得更加有趣。曾被誉为太阳系外最重要的行星之一的gj1132 b,似乎已经失去了它的大气层——并且已经长出了新的大气层。


这可能是我们首次发现一颗通过火山活动显著改变其大气层的系外行星。

这不仅使科学家们能够通过研究大气层来研究系外行星的岩浆组成,还增加了一种可能性,即更多的这类系外行星可能拥有我们可以探测的大气层。一篇描述该结果的论文已被接受为 天文杂志,并在arXiv上提供预印本。

“这非常令人兴奋,因为我们相信我们现在看到的大气层是再生的,所以它可能是次级大气层,”美国宇航局喷气推进实验室(JPL)的天文学家Raissa Estrela说,该实验室位于加利福尼亚州帕萨迪纳。

“我们最初认为这些高度辐射的行星可能非常无聊,因为我们认为它们失去了大气层。但我们用哈勃望远镜观察了这颗行星的现有观测结果,然后说,‘哦,不,那里有大气层。’”

gj1132 b给科学家们带来了一个难题。它的发现是在2015年高调宣布的。这是一个岩石世界,质量是地球的1.66倍,大小是地球的1.16倍,距离地球只有41光年。天文学家认为,研究它可以帮助我们更好地了解我们太阳系中的岩石行星(如地球、金星和火星)。


尽管如此,还是有一些重要的区别。gj1132 b围绕其主星gj1132的公转周期为1.6天。尽管gj1132是一颗小型红矮星,比太阳要冷得多,也暗得多,但它的温度仍然非常高——大约530开尔文(257摄氏度,494华氏度)。它还将以19倍于地球从太阳接收到的入射恒星辐射冲击gj1132 b。

此外,GJ 1132 b被认为是一颗与地球、火星和金星截然不同的系外行星。天文学家认为这颗系外行星最初是一个迷你的,比海王星但是比地球小,剩下的就是原来的氢气氛蒸发后的岩石内核被恒星辐射在太阳系外行星的寿命5冲撞,漏了几个数亿年。

天文学家随后使用智利MPG/ESO望远镜观察这颗系外行星经过我们与其恒星之间时的情况。这些凌日现象会导致星光暗淡——但是,如果一颗系外行星有大气层,某些波长的光会被大气层中的原子吸收或发射,这就揭示了各种元素的存在。


根据MPG/ESO的数据,GJ 1132 b确实有大气层,而且它似乎富含氢,这与迷你海王星的假设是一致的。

现在,哈勃太空望远镜对这颗系外行星的近距离观察颠覆了这一观点。

哈勃望远镜的数据显示,gj1132 b并不是简单的氢大气层。相反,它是氢、氰化氢、甲烷和氨的复杂混合物,还有一层厚厚的碳氢化合物烟雾,类似于地球上的烟雾。

根据该研究小组的数据,火星表面的大气压力与地球的大气压力相似。由于大气层仍在向太空泄漏,这似乎相当令人吃惊。

为了弄清楚这是怎么回事,该团队转向了计算机建模。似乎最有可能的解释是,gj1132 b最初的氢大气在它还很年轻的时候被覆盖在这颗系外行星上的熔岩海洋所吸收。

尽管这颗系外行星的表面现在已经冷却了,但内部仍然温暖而活跃,因为与恒星之间的引力作用使其保持高温和糊状。火山活动正在释放氢和其他元素,形成新的大气。随着大气的泄漏,它被仍然储存在gj1132 b的地幔中的氢补充。

这一发现可以解释为什么有这么多迷你海王星。这也可能意味着,从小型海王星开始生命是创造像地球、金星和火星那样的世界的途径之一——岩石、火山活动(至少在一段时间内),并拥有大气层。

“有多少类地行星一开始不是类地行星?”有些可能以次海王星的形式开始,然后通过光蒸发原始大气的机制变成陆地。这一过程在行星生命早期起作用,当恒星温度更高时,”喷气推进实验室的天文学家马克·斯温说,他是这项研究的主要作者。

“然后恒星冷却下来,这颗行星就在那里。所以就有了这样一种机制,你可以在最初的1亿年里把大气层烤焦,然后万物就安定下来了。如果你能让大气再生,也许你就能留住它。”

它本身也非常有趣。GJ 1132 b的大气成分,即使我们能够获得有限的观测,揭示了41光年外的一颗系外行星内部的地质过程。这很疯狂,但也表明,当下一代仪器如詹姆斯·韦伯太空望远镜开始运转时,我们可能会了解更多。

英国剑桥大学天文学家保罗·里默(Paul Rimmer)说:“这第二层大气来自这颗行星的表面和内部,因此它是了解另一个世界地质情况的窗口。”

“我们需要做更多的工作来正确地看透它,但发现这扇窗户非常重要。”

这项研究将发表在 天文杂志,并可在arXiv上获得。