地球煉獄:狂風呼嘯的系外行星首次以 2D 形式繪製

天文學家們繪製了一顆他們尚無法看到的太陽系外行星的粗略二維熱圖,證實了猛烈的狂風在該行星周圍迅速呼嘯

在距離地球僅 60 光年的地方,圍繞著一顆名為 HD 189733 的橙色恆星執行著一個地球人不想去拜訪的世界。這顆行星是一顆氣體巨星,就像木星或土星一樣,但與那些熟悉的星球不同,這顆行星緊緊地依偎著它的主恆星,其軌道距離約為地球繞太陽公轉距離的 1/30。這顆系外行星,按照天文慣例被標記為 HD 189733 b,在其天文烤爐下保持著極高的溫度,溫度高達 900 攝氏度以上。

感謝一項新的研究,任何被迫訪問 HD 189733 b 的假設的不幸者都將知道該行星的哪個部分是最炎熱的。華盛頓大學(U.W.)、哥倫比亞大學和西北大學的三位研究人員繪製了該行星大氣層在緯度和經度上的熱圖。他們的研究結果發表在 3 月 10 日的《天體物理學雜誌快報》上。

這張地圖有些粗糙,但這並不奇怪,因為 HD 189733 b 甚至無法以傳統的方式被看到。與天文學家迄今為止已識別出的 750 多顆系外行星中的大多數情況一樣,它的存在和性質是從間接觀測中推斷出來的——例如,透過監測行星在經過其母恆星前方時阻擋了多少星光。


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五年前,天文學家使用斯皮策太空望遠鏡繪製了 HD 189733 b 熱輻射的經度差異——向陽面與背陽面——透過監測來自恆星和行星的紅外輻射。透過跟蹤行星在其軌道上移動時的變化,研究人員不僅能夠提取出行星發出的紅外輻射量,還能提取出來自行星各個經度帶發出的紅外輻射量。

HD 189733 b 是潮汐鎖定的,這意味著同一半球始終面向恆星,非常類似於月球的同一面始終面向地球。“在觀察了它半個軌道後,我們就看到了它的所有面,”U.W. 的天體物理學家埃裡克·阿戈爾說,他為 2007 年的測繪工作和最新的研究都做出了貢獻。“但我們不知道光線來自哪個緯度。”

為了獲得二維影像,阿戈爾和他的同事使用斯皮策望遠鏡跟蹤 HD 189733 b,當行星消失在其恆星背後時,以及當它重新出現時。由於所謂的二級凌星發生在恆星表面的高處,恆星的邊緣以一定角度遮蔽了行星。這使得阿戈爾和他的同事能夠估計 HD 189733 b 在恆星背後經過以及行星重新出現時,行星各個傾斜帶的熱亮度。“當行星經過恆星背後時,你知道行星應該消失多少,”阿戈爾說。“你可以將這與那時消失的通量進行比較,然後我們可以結合起來製作行星的二維影像。”

在從七次二級凌星中收集到的圖片中,證實了該行星確實有一個明顯的熱點,正如在向陽面所預期的那樣,在恆星的持續照射下。但這個熱點沿著赤道稍微偏移了一點,這可能是由於預計存在於那裡的強風。HD 189733 b 的氣候模型預測,風速可能高達每秒數公里,沿著赤道呼嘯。“這種風帶的一個標誌是,熱點不應該直接位於次恆星點,即正午,”加州理工學院的行星天文學家希瑟·克努特森說,她沒有參與這項新研究。“熱氣實際上會被順風稍微帶走一點。”

克努特森曾參與2007 年繪製 HD 189733 b 地圖,她指出這兩張地圖都精確地指出了熱點的相似位置。“真正令人欣慰的是,透過使用這種不同的方法,他們得出了非常相似的結論,”她說。阿戈爾的研究小組還揭示,熱點位於赤道附近,這與一維經度地圖中的假設相同。“他們的方法的好處是,你可以開始獲得一些南北資訊,”克努特森說。“這是一個非常棒的捷徑,可以繞過大多數行星離我們太遠而無法真正看到它們的事實。”

不幸的是,很少有其他已知的行星像這樣有利的位置進行如此詳細的研究。首先,HD 189733 b 比除少數已知的系外行星之外的所有行星都更靠近我們的太陽系。它是一個巨大的行星,直徑比木星大約 14%,圍繞著一顆比太陽小約 20% 的主恆星執行。這些尺寸,加上行星的極端高溫,形成了一個相對較強的熱訊號,可以從恆星單獨發出的輻射中分離出來。但是未來的紅外天文臺,例如 NASA 的巨型詹姆斯·韋伯太空望遠鏡,可能能夠繪製更多系外行星的地圖。

就目前而言,阿戈爾稱之為二級凌星技術的“第一次嘗試”的地圖,對於本科生、新研究的主要作者卡爾·馬約來說,也是一份令人印象深刻的簡歷助推器。馬約來自西雅圖,在哥倫比亞大學的學年之間向阿戈爾尋求一個專案。“這是一個我認為用這些資料做會很酷的想法,但我只是沒有時間去做,”阿戈爾說。“在那時,我認為他剛剛在哥倫比亞大學完成了他的大一學年,他想要一份暑期工作。”

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