艺术家想象中的热木星在围绕其恒星的紧密轨道上运行。 但现在科学家们公布了一份关于热木星的新指南。

热木星指南

本月天文学家声称有新工具可以帮助科学家研究热木星。 他们称之为热木星的“实地指南”。 当今我们所知的 4,000 多颗系外行星（在银河系中围绕遥远恒星运行的行星）中，有数百颗是热木星。

该研究发表在同行评审期刊《自然》上。 亚利桑那大学天文学家梅根·曼斯菲尔德领导了这个研究小组。

什么是热木星？

当你想象热木星系外行星时，你会想到大质量和短轨道周期。 我们通常认为这些小行星在物理上与太阳系中最大的行星木星相似。 我们的木星比太阳系中所有其他行星的质量总和还要大，相当于地球质量的 300 倍。 在太阳系之外，一颗遥远的热木星绕着银河系中的一颗恒星运行，其质量约为木星的三分之一到十倍以上。 如果物体的质量较大，那么物体内部的温度和压力就会足够高，足以引起氘聚变。 这些物体将不再被称为行星，而是棕矮星。

热木星的另一个特点是围绕恒星的轨道周期较短。 我们的木星是太阳系第五大行星。 它位于火星轨道之外、小行星带之外。 木星绕太阳运行一周需要12个地球年。 另一方面，热木星的轨道速度为 1.3 个地球日。 此外，它们的范围可能超过 100 个地球日。 所以它们距离恒星非常近，这也是它们如此火爆的原因。

这项新研究是第一个研究热木星的研究。 之前的研究只试图关注与木星类似的行星。 同时，哈勃还测量了这些热行星的发射光谱。 以下是关于这些世界的其他要点。 我们无法真正看到他们。 当我们仰望这些恒星时，行星消失在恒星的光芒中。 大多数热木星是在它们穿过恒星时被发现的，导致恒星的光线变暗。 正如梅斯菲尔德所说，这些系统、恒星和热木星都距离我们太远，无法区分单个恒星和小行星。 我们所能看到的只是一个点，即这两个光源的组合。

因此，测量热木星的光谱本身就是一项壮举。 对于想要研究这些行星的天文学家来说，这是一个重要的工具。 他们是如何做到的？ 研究人员使用了一种称为次食的技术，即行星从恒星后面而不是前面经过，以更深入地观察大气并了解其结构和化学成分。 更多。 在双食技术中，天文学家反复观察一颗行星在其绕恒星运行的轨道上的不同位置。 正如梅斯菲尔德解释的那样：我们基本上测量来自行星及其恒星的组合光，并将其与我们对隐藏在恒星后面的行星的观察进行比较。 这使我们能够减去恒星的贡献并隔离来自行星的光，即使我们无法直接看到它们。

84 个不同颜色和纹理的行星都标有它们的温度和元素成分。 这幅 2016 年的插图展示了一颗炽热的木星在白天飞过，其温度和成分会发生变化。 正如您所看到的，它们都是不同的。

日食数据提供了有关热木星的线索

研究人员希望更好地了解热木星大气的热结构。 最终，二次日食技术提供的数据使研究人员能够建立每颗行星温度和压力的单独分布图。

此外，我们还分析了一种近红外光——这种红外光可以帮助我们显示行星大气层中的吸收率。 事实上，这项研究与我们的指纹研究类似，因为每个原子或分子都有自己独特的构型。 最初，通过观察不同的波长，研究人员可以确定每颗行星大气层的成分，马克斯菲尔德说：“在某种程度上，我们利用我们观察到的光谱，利用分子来扫描热木星的大气成分。” 了解大气的组成及其结构。

一位戴着眼镜、留着黑色长发、面带微笑的女士站在一座砖砌建筑前。

梅根·梅斯菲尔德 (Megan Macefield) 领导了亚利桑那大学新实地指南的研究

理论模型

对热木星的分析不仅限于日食数据。 研究人员还使用了行星大气中发生的物理过程的计算机模型。 这些观察数据用于比较。 事实证明，结果很接近。 总体而言，这一成功结果证明了先前的行星理论模型是正确的。

那么结果是什么呢？ 结果表明，在大多数情况下，热木星非常相似。 总的来说，它们基本上具有相同的分子组合，例如水和一氧化碳，但也含有少量的其他分子。 唯一明显的区别是分子的相对数量。 而且科学家还发现，热木星的大气吸水特性也略有不同。 “总的来说，结果表明我们有很好的机会了解这些行星上的化学变化，”马克斯菲尔德说。 同时，每颗行星都有自己独特的化学组成，这会影响我们的观测。

奇异的火热世界

一般来说，热木星在某些方面与木星相似，但它们也是独特的外星行星。 太阳系中没有任何大型行星的轨道距离太阳如此近。 但这种情况在我们银河系中很常见。 每十颗恒星中大约就有一颗热木星，其中大多数已被发现，很大程度上是因为热木星比岩石或气体行星更容易探测到。 已知的热木星的大小在木星的三分之一到十倍之间（称为超级木星）

黑色背景上有明亮的云彩和大气中的条纹。 这是超级木星 HD80606b 的大气模拟。 美国宇航局的皮策天文望远镜提供了支持模拟的数据。 图片来源 NASA/JPL-Caltech/亚利桑那大学

热木星如此不同的原因是它们的轨道非常靠近恒星，通常比水星更靠近太阳。 事实上，炎热木星上的一年只持续几天或几个小时。

未来观察指南

该指南对于未来几年新发现的热木星对的研究具有重要价值。 此外，将于12月18日发射的詹姆斯·韦伯望远镜将更加近距离地观察热木星。 “关于行星的形成，我们还有很多不了解的地方，但我们想要了解它的方法之一是观察这些热木星的大气层以及它们是如何形成的，”马克斯菲尔德评论道。 使用哈勃数据，我们可以研究吸水率的趋势，但是当我们谈论大气的整体成分时，我们还希望看到更多的分子，例如一氧化碳和二氧化碳。 未来，詹姆斯·韦伯望远镜将使我们有机会观测到这些。

法国南锡射电天文站LOFAR（NenuFAR）的全新升级扩建项目将帮助我们更近距离地观测热木星。 它将通过研究它们的磁场来观察它们的内部。

大型卫星的无线电天线由许多金色六边形组成，漂浮在天空中。

詹姆斯·韦伯望远镜将于 12 月 18 日发射，将近距离研究热木星。 图片来自NASA

对系外行星科学的影响

正如论文中指出的，这些发现对系外行星科学也具有一般意义：

除了验证我们的猜想之外，更精确的系外行星组成将有助于我们了解过去25年来各种行星大气层的形成和发展。

最重要的是，天文学家已经开发出了热木星的系外行星指南，这些热木星的轨道非常接近其恒星。 将哈勃观测与理论模型相结合显着扩展了我们之前的研究。

作者：保罗·斯科特·安德森和黛博拉·伯德

风云：刘俊婷