這顆地獄般的外星世界的天空可能會創造出怪異的彩虹“榮光”效應

系外行星WASP-76b的大氣層可能會下鐵雨,並形成一種奇怪的、類似彩虹的現象,稱為“榮光”,這種現象在太陽系外還從未見過

Artist impression of glory on exoplanet WASP-76b, a copper color 3d ball on black background.

每個榮光都是獨一無二的,這取決於行星大氣層的成分以及照射到行星上的星光顏色。WASP-76 是一顆類似我們太陽的黃白色主序星,但不同的恆星會產生顏色和圖案各異的榮光。

歐空局,ATG根據歐空局合同執行的工作 (CC BY-SA 3.0 IGO)

有很多詞可以用來形容 WASP-76b——地獄般的、灼熱的、動盪的、混亂的,甚至是暴力的。這是一顆太陽系外的行星,它離它的恆星非常近,以至於溫度高到足以汽化鉛。所以,你可以想象,直到現在,“輝煌”還不是其中之一。

最近,這個更積極的描述符被新增到列表中,因為天文學家在超熱木星系外行星的大氣層中探測到了一種叫做“榮光”的跡象。歐洲航天局的系外行星探測任務系外行星特性探測衛星 (CHEOPS) 的資料暗示了這種榮光效應,它是一種彩虹狀的彩色同心光環排列,只在特殊條件下才會發生。

這種效應在我們自己的地球上以及我們暴力的鄰居金星的大氣層中經常看到,但這是科學家們第一次在我們的宇宙鄰域之外看到它發生;WASP-76b 距離我們 637 光年。


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如果證實榮光效應正在 WASP-76b 上發生,它可能會揭示關於這顆奇怪而極端的系外行星的大量資訊——一個與我們在恆星領域中看到的任何東西都不同的世界。

“之前在太陽系外沒有見過榮光是有原因的——它需要非常特殊的條件,”團隊負責人、葡萄牙天體物理學和空間科學研究所的天文學家奧利維爾·德芒容在一份宣告中說。“首先,你需要接近完美球形、完全均勻且足夠穩定的 атмосферные 粒子,以便長期觀察。行星附近的恆星需要直接照射到它,觀察者——這裡是 CHEOPS——需要處於正確的方向。”

WASP-76b 不僅僅有熔融鐵雨

WASP-76b 於 2013 年被發現,距離其母黃星僅 3000 萬英里,後者質量約為太陽的 1.5 倍,寬度是太陽的 1.75 倍。這個距離僅為太陽與水星之間距離的 1/12,水星是離我們恆星最近的行星。

因此,這顆行星大約是木星的 1.8 倍大,儘管質量只有這顆氣體巨行星的 92%,但它僅在 1.8 個地球日內就繞其恆星執行一週。這種近距離也導致 WASP-76b 的一側,即“晝側”,被潮汐鎖定以面向其恆星 WASP-76。行星的另一側,即“夜側”,則始終面向太空。

由於 WASP-76b 的晝側受到來自其主星的輻射轟擊,那裡的溫度飆升至超過 4,350 華氏度(2,400 攝氏度)。這足以汽化鐵。WASP-76b 上的強風和快速風隨後將這種鐵蒸氣帶到行星較冷的夜側,在那裡它凝結成液滴並以降雨的形式落下。

對於 CHEOPS 來說,在這顆炙熱的系外行星上發現榮光效應的跡象是一項了不起的成就,它於 2019 年 12 月發射。它證明了該任務探測遙遠世界中微妙的、前所未見的現象的能力。

在科學家試圖瞭解行星外肢中發現的奇怪的光不對稱性(當行星穿過或“凌日”其母星表面時看到的光不對稱性)的過程中,CHEOPS 在三年內觀測了 WASP-76b 近二十多次。

這些觀測結果顯示,來自 WASP-76b 東部“晨昏線”(系外行星的夜側變成晝側的分界線)的光增加。該團隊得出結論,這種光輸出的急劇變化是由強烈、區域性化和方向相關的反射引起的。他們稱之為榮光效應。

歐空局系外行星研究員馬修·斯坦丁在一份宣告中說:“重要的是要記住我們所目睹的驚人規模。WASP-76b 距離我們數百光年——一顆極其炎熱的氣體巨行星,那裡可能下著熔融鐵雨。”

“儘管一片混亂,但看起來我們已經探測到榮光的潛在跡象。這是一個極其微弱的訊號。”

榮光對 WASP-76b 意味著什麼?

榮光效應可能具有彩虹般的外觀和彩色條紋圖案,但它實際上與字面意義上的彩虹截然不同。

彩虹是當來自太陽的光線從一種密度的介質傳遞到另一種不同密度的介質(通常是從空氣到水)時產生的。這會導致光線的路徑彎曲,或“折射”,並且不同的波長被折射到不同的程度。因此,來自太陽的白光被分解成其組成顏色,從而產生熟悉的有序且色彩鮮豔的彩虹弧。

另一方面,當光線穿過狹窄的間隙時,就會發生榮光效應。在地球上,這個間隙可能是雲層中水滴之間的空間。這會導致另一種形式的折射,稱為“衍射”,當光線透過障礙物或孔徑時會發生衍射。

當光波分裂然後重新結合時,當波峰遇到波谷時,會發生相消干涉。但是,當波峰遇到波峰時,會發生相長干涉。這分別導致暗帶和亮帶,以及同心彩色環。

那麼,榮光對 WASP-76b 意味著什麼?

這種現象在超熱木星大氣層中的存在表明存在由完美球形水滴組成的雲,這些雲要麼持續了至少三年,要麼是不斷補充的雲。

如果雲層是持久存在的,則表明 WASP-76b 大氣層的溫度雖然令人生畏,但必須隨著時間的推移保持穩定。這是一個引人入勝的見解,暗示著長期以來被認為是永無止境的動盪世界周圍的穩定性。

結果還表明,系外行星專家可以調查遙遠世界中類似的光現象,包括從液態湖泊和海洋反射的星光。這對於人類正在進行的尋找太陽系外生命至關重要。

歐空局即將到來的 阿里爾任務的專案科學家特蕾莎·呂夫廷格說:“還需要進一步的證據才能最終確定這種有趣的‘額外光’是一種罕見的榮光。”。“詹姆斯·韋伯太空望遠鏡上的 NIRSPEC 儀器的後續觀測可以完成這項工作。或者歐空局即將到來的阿里爾任務可以證明它的存在。我們甚至可以從其他系外行星上發現更多光輝燦爛的色彩。”

對於德芒容來說,這種潛在的觀測證實了人們對研究 WASP-76b 這個地獄般的世界的持續興趣。

這位歐空局科學家總結道:“我參與了首次探測到來自這顆奇怪行星的不對稱光——從那時起,我就對原因感到非常好奇。”。“來到這裡花了一些時間,有時我會問自己,‘你為什麼要堅持這個?用你的時間做其他事情可能會更好。’”

“但是當這個特徵從資料中出現時,這是一種非常特殊的感覺——一種特殊的滿足感,這種感覺並非每天都會發生。”

該團隊的研究發表在期刊 《天文學與天體物理學》上。

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羅伯特·利 是英國的一位科學記者,他的文章曾發表在 Physics World、New Scientist、Astronomy Magazine、All About Space、Newsweek 和 ZME Science 上。他還為 Elsevier 和 European Journal of Physics 撰寫有關科學傳播的文章。羅伯特擁有英國開放大學的物理學和天文學理學學士學位。在 Twitter 上關注他 @sciencef1rst。

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