艾米丽·戴伯特著《对话》
艺术家对系外行星WASP-76b的印象，它的温度足以蒸发金属
信用:欧洲南方天文台/M
科恩默瑟 超热木星——因其与木星的物理相似性而得名——是围绕太阳以外的恒星运行的系外行星，其温度如此之高，以至于它们大气中的分子被完全撕裂
它们是我们银河系中最极端的环境之一
它们也绕着母星旋转，轨道只持续几天，天文学家仍然不确定它们是如何形成的
虽然这些恶劣的条件听起来像是极端的，天文学家开始意识到它们可能只是冰山一角
在最近发表在《天体物理学杂志快报》上的一项研究中，我和我的同事发现，其中一个奇异的世界比我们想象的还要极端
超热世界 WASP-76b于2016年被发现，可能是这些超高温世界中最著名的
WASP-76b的大小是我们自己的木星的两倍，白天温度高达2400摄氏度，绕其母星运行不到两天
然而，它之所以出名，是因为2020年的一项研究表明，液态铁可能真的从天而降
最近的研究，还有待同行评议，对这一结果提出了质疑
但是毫无疑问，WASP-76b上的条件完全不同于地球上的任何东西
因此，WASP-76b可以为我们提供一个了解银河系中最极端的物理和化学过程的窗口，而研究其恶劣的外星条件可以帮助我们了解我们自己的太阳系
大气知识 不幸的是，研究系外行星——甚至像WASP-76b这样的大质量行星——往往说起来容易做起来难
已经发现的4500颗系外行星离我们非常遥远，它们的母星非常明亮，以至于来自系外行星本身的光被完全冲掉了
一个艺术家对一颗炽热木星的印象，类似于WASP-76b，围绕着丰富的旧星团梅西埃67中的一颗恒星运行
信用:欧洲空间天文台/升
卡尔查达，抄送4
0 与其直接观察系外行星，我们往往不得不寻找方法来推断它们的存在
这些间接方法实际上是我们发现的大多数系外行星的原因
另外，我们也可以用这些方法来观察系外行星的大气层
这就是过境光谱学背后的想法
当一颗系外行星经过其母星的前方或凌日时，来自该恒星的光线会通过系外行星的大气层被过滤掉
不同的大气气体会在星光上留下独特的化学印记——比如指纹，通过研究这些指纹，我们能够了解哪些气体存在
这可以帮助我们更多地了解系外行星的实际情况
理论上，你可以在任何有大气层的系外行星上做到这一点，但在炎热和膨胀的大气层中最容易做到
大而长的大气层会在星光上留下更强的化学印记，这使得我们更容易观察到它们
这就是为什么我们的团队选择WASP-76b作为我们新的系外宝石(双子座光谱系外行星)调查观察到的首批系外行星之一
由康乃尔大学的杰克·特纳、雷·贾亚瓦达娜和安德鲁·里德-哈珀领导的这次调查，目的是利用夏威夷的双子座北望远镜，一窥40多颗系外行星的大气层
极端大气 在这项特殊的研究中，我们观察了WASP-76b在它的母星前面经过的四个小时
我们在它的大气中寻找金属的化学指纹，因为在这些极端温度下，金属实际上会蒸发成气体
WASP-76b在过去已经被观测过很多次了，但是我们从双子座北望远镜的观测达到了比之前公布的结果更红的光波长
这意味着我们可以搜索以前的研究无法获得的化学指纹，从而为这个极端世界的奇异成分提供了更广阔的视野
在我们的数据中，最引人注目的是在红外光波长下的一系列三个非常强的吸收特征
我们认为这些是离子钙的化学指纹——钙原子失去了一个电子——信号如此强烈，以至于我们实际上可以看到它在外行星围绕其母星运行时四处移动
欧洲南方天文台的一段视频显示了超热的巨型系外行星WASP-76b
在WASP-76b的大气中发现钙并不特别令人惊讶——今年早些时候已经检测到一组不同的钙信号
让我们惊讶的是我们看到了多少离子钙——比我们的任何理论模型预测的都要多
这是怎么回事？一种可能是WASP-76b的大气层比我们之前认为的2400摄氏度还要热
这些极端温度会将电子从普通钙原子上剥离，温度越高，这种情况发生的频率就越高
另一种可能是强风从系外行星的深处挖掘出离子化的钙原子
最近的一项研究实际上表明，WASP-76b的风速可能高达每秒22公里
作为参考，地球上有史以来最快的风速不到每秒一公里
一个幸运的巧合是，另一组天文学家利用西班牙卡拉阿尔托天文台的观测，在红外光中探测到了同样的钙离子信号
和我们一样，他们的数据显示离子钙比预期的要多
很明显，WASP-76b的大气层中发生的事情比我们想象的要多得多
怪异、狂野的氛围 WASP-76b几乎被所有主要的望远镜观测到，从夏威夷的双子座北望远镜到智利的超大型望远镜，一直到外太空的哈勃太空望远镜
为了彻底解开它的大气层到底发生了什么，我们需要等待2021年12月发射的强大的新型詹姆斯·韦伯太空望远镜的观测结果
与此同时，我们的系外宝石调查将使我们能够从地球上继续调查数十颗系外行星的大气层——其中许多行星从未被定性过
毫无疑问，WASP-76b怪异、狂野的氛围只是我们即将揭开的面纱的开始
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