人类发现超级地球,一半地狱

日期:2020-05-01编辑作者:www.w88985.com

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www.w88985.com 2这幅示意图展现了名为巨蟹座55e的一颗太阳系外炽热岩石行星可能的场景,它的大小几乎是地球的2倍。图片来源:NASA/JPL-Caltech

www.w88985.com 3巨蟹座55 e曾被认为可能由钻石构成。现在,天文学家在这颗行星上观察到了剧烈的温度变化,可能暗示行星表面火山频发。图片来源:Space.com

人类在宇宙中发现了一些十分奇特的超级地球。这些星球与地球的构造相同,但气候环境有着天囊之别。本文要讲述的这个超级地球,更是一半火焰一半海水犹如冰火地狱。

借助美国航空航天局(NASA)斯皮策空间望远镜(Spitzer Space Telescope)的观测,天文学家首次绘制出了太阳系外一颗超级地球表面的温度分布图。这颗岩石星球的大小几乎是地球的两倍。这幅分布图揭示出这颗行星从一侧到另一侧的温度出现了急剧变化,并暗示这一温差的产生原因可能是存在熔岩流。

天文学家首次在太阳系外一颗比地球略大的岩石行星上,观察到了极为剧烈的温度变化。

“人们对这个行星的看法在不断地发生变化,”论文的主要作者、英国剑桥大学的Brice Olivier Demory说。“新发现表明其夜半球的温度就已经很高,但其昼半球的温度更高。这说明这个行星无法有效地将热量带往全球。而出现这种情况可能有两种原因:一是这个行星的大气层只在昼半球存在;二是这个行星表面存在着熔岩流。”

作出这一发现的主要作者、英国剑桥大学的布里斯-奥利弗·德莫里(Brice-Olivier Demory)说,“我们对这颗行星的看法一直在推进。最新的发现告诉我们,这颗行星上的夜晚很热,白天则要更热得多。这表明,这颗行星上的热量输送效率不高。我们提出,这或许可以这样来解释,这颗行星的大气只存在于它的向阳面,或者行星表面存在熔岩流。”

这颗行星名为巨蟹座55 e(55 Cancri e),距离地球约40光年,绕着一颗类似太阳的恒星旋转。它的直径约是地球的2倍,质量则是地球的8倍左右,是一颗典型的“超级地球”。此前曾有研究指出,这颗行星含有丰富的碳元素,暗示这颗行星可能由钻石构成。

这个炽热的超级地球名为“55 巨蟹座 e”,和地球相对较近,大约只有40光年。它和它的主星距离非常近,公转周期只有18个小时。正因如此,这个行星是被它的主星潮汐锁定的。这种情况就像月亮之于地球一样,永远只有一个半球朝向它的主星。所以“55 巨蟹座 e”的一个半球永远是白天,温度极高;而另一个半球永远是黑夜,温度相对较为凉爽。

这颗被炙烤的超级地球,名为巨蟹座55e(55 Cancri e),离地球相当近,只有40光年。它在极近的距离上绕着自己的“太阳”旋转,每18小时就公转一圈。由于太过靠近那颗恒星,这颗行星已经被潮汐锁定——就像月亮只以一面对着地球一样,这颗行星也只以一面对着它的“太阳”。这意味着,巨蟹座55e有一面永远是白天,始终被强烈的“阳光”炙烤着,而另一面永远是黑夜,要凉爽得多。

巨蟹座55 e距离主星极近,那里的一年只相当于地球上的18个小时。由于完全被恒星的引力潮汐锁定,就像月亮总是以同一面对着地球一样,这颗行星也总是以同一面对着它的“太阳”,因此它有一半处于永久的白昼,另外一半则处于永久的黑夜。

“斯皮策太空望远镜对‘55 巨蟹座 e’的相位进行了观察。这样的相位和月相原理是一样的。人们同样可以将这个小小的系外行星相位分成上弦、下弦、新相和满相,”Demory说。“通过这样的观察,人们能够为这个行星制作出一幅热量地图,了解这个行星表面最热的地方在哪里。

www.w88985.com 4根据NASA的斯皮策空间望远镜拍摄的红外数据绘制出的太阳系外行星巨蟹座55e的亮度变化。图片来源NASA/JPL-Caltech/University of Cambridge

由于距离地球相对较近,天文学家能够利用斯皮策空间望远镜观察来自这颗行星的热辐射。他们发现,这颗行星处于永久白昼的那半面,温度在1000℃到2700℃之间发生着剧烈地动荡。

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德莫里说,“斯皮策望远镜观测了巨蟹座55e的相位,有点类似于在地球上我们看到的月相。我们能够观测这颗小小的太阳系外行星的上弦、下弦、‘新月’和‘满月’。反过来,这些观测帮助我们绘制出了这颗行星的一幅地图。这幅地图告诉我们,这颗行星上哪些区域很炽热。”

www.w88985.com 5观察到的温度动荡,可能是由大量气体和尘埃偶尔遮天蔽日所致。图片来源:R. Hunt

斯皮策望远镜用它的红外眼对着这颗行星盯了总共80个小时,看着它绕着自己的“太阳”转了一圈又一圈。这些数据让科学家能够绘制出温度在这颗行星整个表面上的变化图。出人意料的是,他们发现从这颗行星的一侧到另外一侧,温度差达到了惊人的1300 K。最热的一侧温度将近2700 K,而最冷的一侧温度为1400 K。

尽管对这些数据的分析还很初步,但科学家认为,如此剧烈的温度动荡可能是大量气体和尘埃偶尔遮天蔽日遮挡了这颗行星部分熔融的地表所致。至于这些气体和尘埃,则可能是这颗行星表面预期较为频繁发生的火山活动的结果。

斯皮策望远镜发现的这一事实,即这颗行星上永久黑夜那一侧的温度要大大低于永久白天的那一侧,意味着这颗行星上的热量没有得到很好的分配。科学家曾经以为,这颗行星拥有一个厚厚的大气层,而风会把热量输送到行星各处,新的数据反驳了这一观点。相反,这些发现表明,这颗行星可能缺乏浓厚的大气层,也可能暗示这是一颗熔岩星球,而熔岩在黑夜那一侧凝固了,无法再传送热量。

至于这颗行星是否真由钻石构成,新的观测结果不太支持这一说法。巨蟹座55 e仍可能富含碳元素,但现在科学家不像先前那样确信这一点了。

www.w88985.com 6这幅动图展现了巨蟹座55e的一种可能的场景。这颗太阳系外行星几乎是地球两倍大小。斯皮策空间望远镜所作的新观测表明,这颗行星的一面要比另一面热得多——这或许可以用这颗行星上存在熔岩池来解释。图片来源:NASA/JPL-Caltech

这一研究结果,今天(2015年5月5日)在线发表在《皇家天文学会月报》(MNRAS)上。(编辑:Steed)

比利时列日大学的迈克尔·吉伦(Michael Gillon)说,“向阳面可能有熔岩河和极端炽热的大岩浆池,但我们认为背阴面可能只有凝固的熔岩流,就像夏威夷能够看到的那种一样。”

www.w88985.com,参考文献

  1. “Variability in the Super-Earth 55Cnc e,” Brice-Olivier Demory, Michael Gillon, and Nikku Madhusudhan, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

斯皮策望远镜的数据还揭示,这颗行星上最热的地点并不是人们预期的那个位置,也就是烈日直射的那一处,而是稍稍偏移了一点点。这一偏移要么暗示,某种程度的热量再循环只局限在这颗行星的向阳面,要么表明,这里存在极端高温的地质特征,比如熔岩流。

后续的观测,包括NASA未来的韦布空间望远镜(James Webb Space Telescope)所作的观测,将帮助证实巨蟹座55e的真相。

描述这一发现的相关论文,3月30日在线发表在《自然》(Nature)上。(编辑:Steed)

参考文献

  1. Nature (2016) |doi:10.1038/nature17169

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