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3000℃高溫行星竟有甲烷?韋伯望遠(yuǎn)鏡揭開“冰火巨行星”誕生之謎

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在大多數(shù)人印象里,如果一顆行星表面熱到能熔化金屬——比如溫度超過3000℃(比火山熔巖還燙十倍)——這樣地獄般環(huán)境里會(huì)有什么?或許只有沸騰金屬蒸汽?但最近詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡卻在這樣一顆“火球”上發(fā)現(xiàn)了甲烷!

這顆顛覆認(rèn)知的系外行星叫WASP-121b——它離自己恒星近到離譜:公轉(zhuǎn)一圈僅需30小時(shí)(地球要轉(zhuǎn)8766小時(shí));因潮汐鎖定永遠(yuǎn)“單臉朝恒星”——向陽面燙到3000℃以上能汽化巖石礦物(比如石英)成氣體飄在大氣里;背陰面則陷入永夜,但也沒冷到哪去——約有1500℃(接近煉鋼爐溫度)。



“冰火巨行星”竟是“冰區(qū)移民”?

按理說這種極端環(huán)境下不可能存在甲烷(CH?)——因?yàn)楦邷貢?huì)把它分解成更穩(wěn)定物質(zhì)(比如一氧化碳CO)。但韋伯望遠(yuǎn)鏡不僅在WASP-121b大氣里測(cè)到了甲烷和水蒸氣、一氧化碳等氣體;更神奇是甲烷集中出現(xiàn)在背陰面!

科學(xué)家們從這些氣體成分里讀出了關(guān)鍵線索:甲烷和一氧化硅(SiO)同時(shí)存在——就像給WASP-121b做了次“基因檢測(cè)”——暗示它可能誕生于原行星盤(恒星周圍由氣體塵埃組成圓盤)中更寒冷區(qū)域!

咱們太陽系里類似區(qū)域在哪?大概是木星到天王星軌道之間——那里溫度低到水結(jié)冰,但又足夠高讓甲烷保持氣態(tài)蒸發(fā)到大氣中。而如今WASP-121b卻緊貼恒星運(yùn)行——說明它很可能經(jīng)歷了一場“星際大遷徙”:從冰冷外圍區(qū)域一路“滑向”恒星身邊!



甲烷夜側(cè)之謎:大氣里藏著“隱形電梯”

那問題來了:既然向陽面熱到分解甲烷,但背陰面溫度雖低些(約為向陽面一半)也不算冷?。堪船F(xiàn)有模型預(yù)測(cè)——向陽面氣體被吹到背陰面時(shí)還沒來得及生成新甲烷就該被分解了,但實(shí)際觀測(cè)卻發(fā)現(xiàn)背陰面甲烷濃度不低!

科學(xué)家推測(cè):這可能是因?yàn)閃ASP-121b大氣中存在超強(qiáng)垂直風(fēng)——像一臺(tái)“隱形電梯”把下層富含甲烷區(qū)域(因背陰面溫度較低+大氣碳氧比高更易存甲烷)氣體快速“抬升”到上層被望遠(yuǎn)鏡捕捉到。這種垂直混合強(qiáng)度遠(yuǎn)超現(xiàn)有模型預(yù)測(cè)——相當(dāng)于給系外行星大氣動(dòng)力學(xué)研究“出了道新題”!

一氧化硅:追蹤巖石物質(zhì)“成長史”

除了甲烷外,韋伯這次還首次在系外行星大氣中測(cè)到了一氧化硅(SiO)——這可是個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)!因?yàn)楣柙静卦趲r石物質(zhì)(比如小行星大小星子中的石英)里——當(dāng)WASP-121b吸積氣體形成大氣層后很久才逐漸吸收這些巖石物質(zhì)釋放出硅元素。通過分析碳、氧、硅比例,可以還原它早期如何吸積物質(zhì)、如何遷徙成長……



韋伯:給極端世界“拍CT”

為了看清這顆“冰火巨行星”全貌——韋伯用近紅外光譜儀(NIRSpec)對(duì)它進(jìn)行了全程“跟拍”:從繞恒星一圈不同位置接收熱輻射變化;再結(jié)合它掠過恒星前時(shí)星光穿透大氣層留下光譜指紋……最終拼出了這顆星球晝夜兩側(cè)大氣成分與活動(dòng)細(xì)節(jié)圖!

從冰區(qū)誕生到熱區(qū)遷徙;從超強(qiáng)垂直風(fēng)到顛覆模型的數(shù)據(jù)——WASP-121b不僅刷新了我們對(duì)極端環(huán)境下生命宜居性以外領(lǐng)域認(rèn)知;更像一把鑰匙打開了系外行星形成演化研究新大門!

下次再看到夜空繁星時(shí)不妨想想——那些看似普通光點(diǎn)背后藏著多少像WASP-121b這樣“不按常理出牌”的神奇世界?

你覺得未來韋伯還會(huì)在系外行星領(lǐng)域帶來哪些驚喜?

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