作者罗伯特·桑德斯，加州大学伯克利分校 热木星行星上常见温度范围的预测云高和成分
以开尔文表示的温度范围相当于华氏800-3500度，或摄氏427-1927度
学分:加州大学伯克利分校高 太阳系中围绕其他恒星运行的巨型行星拥有不同于地球上任何东西的奇异云，而靠近其恒星运行的气态巨行星——所谓的热木星——拥有最极端的质量
来自美国、加拿大和英国的一组天文学家现在已经提出了一个模型，该模型预测了从蓝宝石到烟雾状甲烷霾在内的多种类型的云中，哪一种会出现在高达数千开尔文的不同温度的热木星上
令人惊讶的是，在很大的温度范围内，最常见的云应该是由液态或固态的硅和氧组成的，就像熔化的石英或熔化的沙子
在较冷较热的木星上，在大约950开尔文(1250华氏度)以下，天空被碳氢化合物烟雾所笼罩，主要是烟雾
该模型将有助于天文学家研究这些奇怪而遥远的星球大气中的气体，因为云会干扰大气成分的测量
它还可以帮助行星科学家理解较冷的巨型行星及其卫星的大气，比如我们太阳系中的木星和土星的卫星泰坦
加州大学伯克利分校的博士后彼得·高(Peter Gao)说:“在这些热大气中可能存在的云的种类，我们实际上并不认为是太阳系中的云。”他是5月25日发表在《自然天文学》杂志上的一篇描述该模型的论文的第一作者
“已经有预测各种成分的模型，但这项研究的目的是评估这些成分中的哪一种真正重要，并将该模型与我们现有的数据进行比较
" 这项研究利用了过去十年来对系外行星大气研究的繁荣
尽管系外行星太远、太暗而看不见，但许多望远镜——尤其是哈勃太空望远镜——能够聚焦恒星，捕捉行星经过其恒星前方时穿过行星大气层的星光
光谱测量揭示的被吸收的光的波长告诉天文学家哪些元素构成了大气
迄今为止，这种技术和其他技术已经发现或推断出水、甲烷、一氧化碳和二氧化碳、钾和钠气体的存在，以及在最热的行星中，蒸发的氧化铝、铁和钛的存在
但是，虽然一些行星似乎有清晰的大气层和清晰的光谱特征，但许多行星的云层完全阻挡了星光的穿透，阻碍了对上层云层下气体的研究
这些气体的成分可以告诉天文学家外行星是如何形成的，以及其他恒星周围是否存在生命的组成部分
“我们发现了很多云:一些种类的粒子——不是分子，而是小水滴——悬浮在这些大气中，”高说
“我们真的不知道它们是由什么组成的，但它们污染了我们的观测，从本质上使我们更难评估水和甲烷等重要分子的组成和丰度
" 红宝石云 为了解释这些观察，天文学家提出了许多奇怪类型的云，由氧化铝组成，如刚玉、红宝石和蓝宝石；熔盐，如氯化钾；硅氧化物或硅酸盐，如石英，是沙子的主要成分；地球上以岩石形式存在的锰或锌的硫化物；和有机烃化合物
高说，这些云可能是液体或固体气溶胶
高改编了最初为地球水云创建的计算机模型，随后扩展到像木星这样有氨和甲烷云的行星的多云大气
他将该模型进一步扩展到在热气腾腾的巨型行星上看到的更高温度——高达2800开尔文，或4600华氏度(2500摄氏度)——以及在这些温度下可能凝结成云的元素
该模型考虑了各种原子或分子的气体是如何凝结成液滴的，这些液滴是如何生长或蒸发的，它们是否可能被风或上升气流输送到大气中，或者由于重力而下沉
“这个想法是相同的物理原理指导所有类型的云的形成，”高说，他也在金星上模拟了硫酸云
“我所做的就是把这个模型带到银河系的其他地方，让它能够模拟硅酸盐云、铁云和盐云
" 然后，他将自己的预测与迄今为止记录有透射光谱的总共约70颗凌日系外行星中的30颗系外行星的可用数据进行了比较
该模型显示，多年来提出的许多奇异云很难形成，因为凝结气体所需的能量太高
然而，硅酸盐云很容易凝结，并在1200开氏度的温度范围内占主导地位:从大约900到2000开氏度
这是大约2000华氏度的范围
根据该模型，在最热的大气中，氧化铝和氧化钛凝结成高层云
在大气层较冷的系外行星中，这些云形成于行星的更深处，被较高的硅酸盐云所遮蔽
在更冷的系外行星上，这些硅酸盐云也在大气深处形成，留下清晰的高层大气
在更冷的温度下，来自太阳系外行星恒星的紫外光将甲烷等有机分子转化为极长的碳氢化合物链，形成类似烟雾的高度雾霾
这种烟雾会遮住低洼的钾或氯化钠盐云
对于那些寻找无云行星以便更容易研究大气中气体的天文学家来说，高建议把重点放在大约900到1400开尔文之间的行星上，或者那些温度高于2200开尔文的行星上
合著者之一、美国布里斯托尔大学的天体物理学家汉娜·韦克福德说:“以前在许多太阳系外行星的大气层中测量过云的存在，但只有当我们共同观察一个大样本时，我们才能区分这些世界的大气层中的物理和化学。”
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“占主导地位的云种类和沙子一样常见——它本质上就是沙子——能够用即将到来的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)第一次测量云本身的光谱特征将会非常令人兴奋
" 未来的观测，比如美国国家航空航天局的JWST计划在几年内发射的那些观测，应该能够证实这些预测，或许还能揭示离家更近的行星隐藏的云层
高说，类似的奇异云可能存在于木星或土星的深处，那里的温度接近于在炽热的木星上发现的温度
“因为有成千上万颗系外行星，而不是只有一颗木星，所以我们可以研究其中的一些，看看它们的平均值是多少，以及与木星相比如何，”高说
他和他的同事计划用其他系外行星和棕矮星的观测数据来测试这个模型，棕矮星基本上是气体巨行星，质量非常大，几乎就是恒星
它们也有云
“在研究太阳系的行星大气时，我们通常有图像的背景
我们在系外行星上没有这样的运气
加州大学圣克鲁斯分校的乔纳森·福特尼说
“这是一个巨大的信息损失
但我们必须弥补的是更大的样本量
这让我们可以寻找行星温度的趋势——这里是云的趋势，这是我们太阳系中没有的东西
"
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