“哈勃”探測到發光水汽圈的外星球

伊麗莎白·蘭德

系外熱木星WASP-121b首度被天文學家證明其擁有同溫層， 該發現發表在《自然》期刊上。熱木星是太陽系外的氣體巨行星，且通常非常接近它們的母恒星?？茖W家利用從美國航空航天局哈勃空間望遠鏡獲取的數據研究了WASP-121b， 發現其質量是木星的1.2倍，半徑約為木星的1.9倍，因而它的體積更為龐大。此外，WASP-121b圍繞母恒星的運行軌道比水星的運行軌道更低，這使得它的公轉周期僅為1.3天。要知道，木星繞太陽公轉一周要12年。而且，因為WASP-121b距離它的母恒星非常近，該行星大氣層的頂部溫度可達2500℃，足以將一些金屬煮沸。據估計，WASP-121b距地球約900光年，這在銀河系的尺度上可以說很近。

研究作者之一、加利福尼亞硅谷的美國航空航天局艾姆斯研究中心的馬克·馬利說：“這個結果令人興奮，因為它表明，不僅太陽系大多數行星的大氣層中有一個溫暖的同溫層，在某些外行星的大氣層中也存在同溫層?，F在，我們就可以將外行星大氣層中的一些動態與不同環境下太陽系中行星大氣層的同一動態進行比對了。”

早先的研究發現，在外行星WASP-33b和其他熱木星上可能存在平流層。而在這項最新研究中，研究人員首次檢測到了熾熱的水分子，為此提供了最佳證據。

來自英國?？巳卮髮W的第一作者兼研究員湯姆·伊萬斯說：“理論模型表明，同溫層能界定一類截然不同的超熱行星，對揭示其大氣物理和化學有著重要意義。我們的觀測則證實了這一設想。”

為了研究WASP-121b的同溫層，科學家利用哈勃空間望遠鏡的光譜學性能研究了大氣中不同分子對特定光波的反應。例如，行星大氣中的水蒸氣對某些光波的反應是可以預測的，而且水溫不同反應不同。

星光可以穿透行星的大氣層，從而使大氣層中的氣體溫度升高。之后，氣體再以紅外光的方式將熱量輻射回太空中。然而，如果大氣層頂部的水蒸氣溫度較低，水分子會使得紅外光中的某些光波無法逃出太空。相反，如果大氣層頂部的水分子溫度較高，則會折射出同等波長的光。

研究報告作者之一、加利福尼亞州帕薩迪納市美國航空航天局噴氣推進實驗室的蒂芙尼·卡塔里亞說：“光能從水中散發出來，這說明隨著高度升高，氣溫也在升高。我們迫不及待地想用哈勃空間望遠鏡來觀測探究這種現象在哪個經度上存在。”

這一現象的產生跟焰火的原理相似。焰火之所以能呈現出各種顏色，是因為有著可以散發出光的化學制品。當金屬物質受熱蒸發時，它們的電子進入高能量狀態。電子在它們失去能量時會發出特定波長的光，材質不同發出的光不同。例如，在這個過程中，鈉會發出橙黃色光，而鍶發出紅色光。同樣，WASP-121b大氣層中的水分子在它們失去能量時也會散發出輻射，但這一輻射是紅外光的形式，肉眼無法直接觀測到。

在地球的同溫層中，臭氧氣體吸收來自太陽的紫外線輻射，從而使該區域的大氣層升溫。太陽系的其他星體也有同溫層，例如，甲烷使得木星和土星的衛星土衛六的大氣層得以升溫。

在太陽系行星中，同溫層內部的溫度通常在56℃左右。在WASP-121b上，同溫層的溫度則上升了560℃。到目前為止，科學家尚未得知是哪種物質導致了WASP-121b大氣層中溫度的升高。或許是氧化釩和氧化鈦，它們是褐矮星中常見的物質。褐矮星也被叫作“失敗的星體”，與外行星有些許共同之處。這些化合物本應只在最熱的熱木星上存在，因為只有在高溫條件下，它們才能呈現氣態。

研究論文的作者之一、馬里蘭州格林貝爾特市美國航空航天局戈達德太空飛行中心的漢娜· 蘇克福德說：“這個超熱的外行星將成為大氣模型的基準，而且它將是我們進入Webb時代的一個巨大的觀測目標。”