冰质行星上的"钻石雨"可能是驱动其磁场的来源

冰质行星上的"钻石雨"可能是驱动其磁场的来源 一项新的实验表明，这种奇特的沉淀物形成的压力和温度比以前认为的还要低，可能会影响海王星和天王星的异常磁场。由美国能源部 SLAC 国家加速器实验室研究人员领导的一个国际研究小组对海王星和天王星等冰行星上钻石的形成有了新的认识。科学家们认为，这些钻石在形成之后，会在引力的作用下慢慢沉入行星内部深处，从而形成来自较高层的宝石"雨"。1月8日发表在《自然-天文学》（Nature Astronomy）上的研究结果表明，这种"钻石雨"形成的压力和温度比以前想象的还要低，并为海王星和天王星复杂磁场的起源提供了线索。行星磁场的启示"冰行星上的'钻石雨'给我们带来了一个亟待解决的难题，"领导这项研究的SLAC科学家蒙戈-弗罗斯特（Mungo Frost）说。他说："它提供了内部热源，并将碳带入行星深处，这可能会对行星的性质和组成产生重大影响。它可能会引发这些行星上发现的导电冰内部的运动，从而影响它们磁场的产生"。欧洲 XFEL 的 HED 实验站。资料来源：欧洲 XFEL / Jan Hosan实验和观测早先在 SLAC 的里纳相干光源（LCLS）X 射线自由电子激光器（XFEL）上进行的工作中，科学家们观测到了在高压条件下形成的"钻石雨"，证实了在冰行星上形成钻石的可能性，冰行星主要由水、氨和碳氢化合物组成。他们后来发现，氧气的存在使钻石的形成更有可能，从而使钻石能够在更广泛的条件下和更多的行星上形成和生长。以前，高压和高温是通过高功率激光对碳氢化合物进行冲击压缩产生的，这样的条件只能维持几纳秒。在德国欧洲 X 射线自由电子激光器进行的这项新实验中，研究小组采用了一种不同的方法，研究了比其他实验更长时间尺度的反应。在这项实验中，研究人员将以碳氢化合物聚苯乙烯为碳源制成的塑料薄膜置于冰冻行星内部深处的极端压力和温度下。高压是通过使用"钻石砧单元"将薄膜挤压在两颗钻石的尖端之间产生的。然后将胶片暴露在欧洲 XFEL 产生的多剂量高能 X 射线下，将其加热到 2200 多摄氏度，模仿这些行星深处的极端条件。在这种极端条件下，钻石从胶片中形成，这一过程与行星内部的形成过程相同。接下来，研究人员利用欧洲 XFEL 产生的 X 射线脉冲来观察实验过程中钻石形成的时间和方式。通过观察钻石形成时的压力和温度，研究人员可以预测钻石在行星内部形成的深度。磁场之谜通过在更长的时间尺度上对加热的碳氢化合物进行研究，研究人员发现，钻石形成的压力和温度比之前假设的还要低。就天王星和海王星而言，这意味着钻石雨的形成深度比最初设想的要浅，可能对其异常磁场的形成产生更大的影响。与地球磁场不同，这些冰冻行星周围的磁场并不对称，也不是从每一极延伸出来的。这些特性表明，磁场并不是在行星内核中产生的，而是在一层薄薄的导电物质中产生的。钻石颗粒形成后，会拖着气体和冰从行星的外层向内层降落，造成冰流。新的研究结果表明，钻石是在一层导电冰上形成的，钻石在下落过程中会搅动这层导电冰。由此产生的电流就像一种驱动行星磁场的发电机。对系外行星的影响研究结果还表明，比海王星和天王星小的气态行星即所谓的"小海王星"也有可能出现钻石雨，而"小海王星"是太阳系外最常见的系外行星类型之一。接下来，研究人员正在计划进行类似的实验，这将使他们更接近于了解钻石雨是如何在其他行星上形成并影响其性质的。"这一突破性发现不仅加深了我们对本地冰质行星的了解，而且对了解太阳系外系外行星的类似过程也有意义，"SLAC 高能密度主任 Siegfried Glenzer 说。编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：

偏心怪客：天文学家意外发现神秘的系外次海王星

偏心怪客：天文学家意外发现神秘的系外次海王星 研究人员发现了四颗红矮星周围的小海王星，这四颗红矮星分别被命名为TOI-782、TOI-1448、TOI-2120和TOI-2406。这四颗小海王星距离母恒星很近，其中三颗可能处于偏心轨道（TOI-782 b、TOI-2120 b、TOI-2406 b）。这些小海王星不是像地球一样的岩石行星，但可能是类似海王星的行星。天文学家利用全球地面望远镜网络和 TESS 太空望远镜的观测发现了围绕着四颗红矮星的小海王星。这四颗小海王星离它们的母星很近，其中三颗可能处于偏心轨道上。太阳系中没有大小介于地球和天王星/海王星之间的行星，它们被称为小海王星。不过，小海王星在太阳系外比较常见，是詹姆斯-韦伯太空望远镜进行大气特征描述的有希望的目标。小海王星长什么样？美国宇航局的凌日系外行星巡天卫星（TESS）插图。资料来源：美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心这项研究通过地面望远镜与 MuSCATs（一系列用于研究凌日系外行星大气的多色同步照相机）[5]的跟踪观测，发现了四颗凌日短周期小海王星（TOI-782 b、TOI-1448 b、TOI-2120 b 和 TOI-2406 b）绕红矮星运行。这些小海王星的半径大约是地球的 2-3 倍，轨道周期不到 8 天。此外，利用斯巴鲁望远镜上的 IRD（红外多普勒）对它们的母星进行的径向速度测量表明，这四颗行星的质量上限小于地球质量的 20 倍。这些小海王星的测量半径与质量上限之间的关系表明，它们不是像地球那样的岩石行星。它们的内部很可能含有挥发性物质，如H2O等冰物质和大气。研究小组还发现，这四颗小海王星中至少有三颗（TOI-782 b、TOI-2120 b、TOI-2406 b）可能处于偏心轨道。一般来说，由于潮汐消散作用，围绕红矮星的短周期行星轨道应该是圆形的。然而，围绕红矮星的三颗短周期小海王星在数十亿年中一直保持着非零的偏心率。对此的一种可能解释是，它们的内部不易受到潮汐效应的影响。这四颗小海王星的质量-半径关系表明，它们不是岩石行星。因此，这些神秘的小海王星的内部可能与海王星类似。短周期的小海王星是詹姆斯-韦伯太空望远镜进行大气观测的理想目标。预计进一步的详细跟踪观测将增进我们对短周期小海王星内部成分和大气层的了解。说明：小海王星或次海王星是大小介于地球和海王星之间的行星（半径约为地球的 4 倍）。有效温度低于 ~3,800K 的 M 型恒星。美国国家航空航天局（NASA）的太空望远镜凌日系外行星巡天卫星（TESS）。凌日是指行星从恒星前方经过时部分遮挡星光的现象。MuSCAT 系列是安装在 1 至 2 米级大口径望远镜上的多色相机。行星的引力会导致其母星摆动。径向速度法（或多普勒法）利用恒星速度在视线方向上的明显变化来探测看不见的行星。 ... PC版： 手机版：

詹姆斯韦伯太空望远镜捕捉到了 30 多年来最清晰的海王星环

詹姆斯韦伯太空望远镜捕捉到了 30 多年来最清晰的海王星环 韦伯的近红外相机（NIRCam）在0.6至5微米的近红外范围内对物体进行成像，因此海王星在韦伯看来并不是蓝色。事实上，甲烷气体对红光和红外光的吸收非常强烈，以至于该行星在这些近红外波长下相当黑暗，除非有高空云层存在。这种甲烷-冰云突出表现为明亮的条纹和斑点，它们在阳光被甲烷气体吸收之前反射阳光。 自 1846 年发现海王星以来，它就一直吸引着研究人员。海王星距离太阳的距离是地球的 30 倍，它在外太阳系的偏远黑暗区域运行。在那个极端的距离，太阳是如此的小而微弱，以至于海王星上的正午类似于地球上昏暗的黄昏。

科学家发现超地球形成过程中的第一块基石：氧化镁

科学家发现超地球形成过程中的第一块基石：氧化镁 高能激光实验将这种矿物的微小晶体置于岩石行星地幔深处的那种热量和压力之下，表明这种化合物可能是形成"超级地球"系外行星的岩浆海洋中最早凝固出来的矿物。"氧化镁可能是控制年轻超级地球热力学的最重要固体，"领导这项研究的约翰-霍普金斯大学地球与行星科学助理教授琼-威克斯说。"如果它具有如此高的熔化温度，那么当一颗炙热的岩石行星开始冷却，其内部分离为地核和地幔时，它将是第一个结晶的固体。"这些研究结果最新发表在《科学进展》（Science Advances）上。他们认为，氧化镁从一种形态过渡到另一种形态的方式可能对控制年轻行星是雪球还是熔岩、是形成水海洋还是大气层、还是具有这些特征的混合体的因素有重要影响。威克斯说："在陆地超级地球中，这种物质将是地幔的重要组成部分，它的转变将极大地促进内部热量的快速流动，这将控制内部和行星其他部分随着时间的推移如何形成和变形。我们可以把它看作是这些行星内部的替代物，因为它将是控制其变形的物质，而变形是岩石行星最重要的组成部分之一"。在激光能量实验室的试验室内进行的冲击压缩氧化镁（MgO）的激光驱动实验。高功率激光束被用来将氧化镁样品压缩到超过地球中心的压力。辅助 X 射线源用于探测氧化镁的晶体结构。更亮的区域是纳秒级的发光等离子体发射。资料来源：June Wicks/约翰-霍普金斯大学超级地球比地球大，但比海王星或天王星等巨行星小，是系外行星搜索的关键目标，因为它们在银河系的其他太阳系中很常见。威克斯说，虽然这些行星的成分可能从气体到冰或水不尽相同，但岩质超级地球预计会含有大量氧化镁，可以像在地球上一样影响行星的磁场、火山活动和其他关键地球物理。为了模拟这种矿物在行星形成过程中可能承受的极端条件，Wick 的团队利用罗切斯特大学激光能量实验室的 Omega-EP 激光设备对小样本进行了超高压处理。科学家们还发射了 X 射线，并记录了这些光线在晶体上的反弹情况，以追踪它们的原子是如何随着压力的增加而重新排列的，特别是注意到它们在什么时候从固态转变为液态。当受到极度挤压时，氧化镁等材料的原子会改变排列方式，以承受挤压压力。这就是为什么随着压力的增加，这种矿物会从类似于食盐的岩盐"相"转变为类似于另一种叫做氯化铯的盐的不同构型。威克斯说，这种转变会影响矿物的粘度，并随着年龄的增长对地球产生影响。研究小组的研究结果表明，氧化镁可以在 430 到 500 千兆帕的压力和大约 9700 开尔文的温度（几乎是太阳表面温度的两倍）下以两种相态存在。实验还表明，这种矿物在完全熔化之前所能承受的最高压力高达 600 千兆帕，大约是人们在海洋最深处的海沟中所能感受到的压力的 600 倍。"氧化镁的熔化温度比任何其他材料或矿物都要高得多。钻石可能是最坚硬的材料，但这是最后融化的材料，"威克斯说。"说到年轻行星中的极端物质，氧化镁很可能是固态的，而地幔中悬浮的其他一切物质都会变成液态。"这项研究展示了氧化镁在极端压力下的稳定性和简易性，有助于科学家们开发更精确的理论模型，以探究氧化镁和其他矿物在像地球这样的岩石世界中的行为的关键问题。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家解码小行星"龙宫"的彗星有机物质

科学家解码小行星"龙宫"的彗星有机物质 研究小组成员包括东北大学研究生院理学研究科地球科学系助理教授 Megumi Matsumoto。他们的详细研究结果最近发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上 。(左）在"龙宫"样本表面发现的熔体飞溅。熔体飞溅呈圆形。(右图）熔融喷溅物的 CT 切片图像，显示其内部存在大量空隙。资料来源：Megumi Matsumoto et al.小行星"龙宫"没有保护大气层，其表层直接暴露在太空中。太空中细小的行星际尘埃会撞击小行星表面，导致小行星表面物质成分发生变化。松本和她的同事们发现，样本表面含有小的"熔体飞溅"，大小从5微米到20微米不等。这些熔体飞溅是彗星尘埃的微流星体轰击"龙宫"时产生的。松本说："我们的三维 CT 成像和化学分析显示，熔体飞溅物主要由硅酸盐玻璃组成，其中有空隙和小的球形硫化铁夹杂物。熔体飞溅的化学成分表明，"龙宫"的含水硅酸盐与彗星尘埃混合在一起。"在熔融喷溅物中发现的碳质材料。碳质材料呈现海绵状质地，含有小的硫化铁夹杂物。这与彗星尘埃中发现的原始有机物类似。资料来源：Megumi Matsumoto et al.在撞击引起的加热和快速冷却过程中，"龙宫"表面物质和彗星尘埃的混合和熔化形成了熔体飞溅。这些空隙相当于从含水硅酸盐中释放出来的水蒸气，随后被熔体飞溅物捕获。分析还揭示了熔体飞溅物中具有丰富纳米孔隙和硫化铁夹杂物的小型碳质材料。碳质材料在质地上类似于彗星尘埃中的原始有机物，但它们缺乏氮和氧，因此在化学性质上与有机物不同。松本补充说："我们认为，碳质材料是在撞击引起的加热过程中，通过氮和氧等挥发性物质的蒸发，由彗星有机物形成的。这表明彗星物质是从外太阳系被传送到近地区域的，这些有机物质可能是生命的小种子，曾经从太空被传送到地球。"展望未来，研究小组希望通过对"龙宫"样本的研究，找到更多的熔体飞溅物，从而进一步了解原始太空物质流入地球的情况。编译来源：ScitechDailyDOI: 10.1126/sciadv.adi7203 ... PC版： 手机版：

新研究揭示我们的太阳系为何缺少一颗“迷你海王星”

新研究揭示我们的太阳系为何缺少一颗“迷你海王星” 这是艺术家绘制的系外行星GJ 9827d的概念图，这是在大气层中探测到水蒸气的最小的系外行星。这颗行星可能是银河系其他地方潜在的富含水大气的行星的一个例子。这颗行星的直径只有地球的两倍，围绕红矮星GJ 9827运行。左侧是该星系的两颗内行星。图中的背景恒星是在没有辅助的情况下，用肉眼回望太阳时看到的。太阳太暗，无法看到。资料来源：NASA、ESA、Leah Hustak（STScI）、Ralf Crawford（STScI）堪萨斯大学ExoLab实验室的博士候选人乔纳森-布兰德（Jonathan Brande）刚刚在开放获取的科学杂志《天体物理学期刊通讯》（TheAstrophysical Journal Letters）上发表了研究成果，展示了15颗类似海王星的系外行星的新大气细节。虽然没有一颗系外行星可以支持繁衍智慧生物，但更好地了解它们的行为可能有助于我们理解为什么我们没有一颗小海王星，而大多数太阳系似乎都有一颗这样的行星。布兰德说："在堪萨斯大学的过去几年里，我的工作重点是通过一种被称为透射光谱学的技术研究系外行星的大气层。当行星过境时，也就是在我们的视线和它所环绕的恒星之间移动时，恒星发出的光会穿过行星的大气层，被其中的各种气体吸收。通过捕捉恒星的光谱将光线通过一种叫做摄谱仪的仪器（类似于将光线通过棱镜）我们可以观测到彩虹，测量不同组成颜色的亮度。光谱中亮度或暗度不同的区域揭示了行星大气中吸收光线的气体"。利用这种方法，布兰德几年前发表了一篇关于"温暖的海王星"系外行星TOI-674 b的论文，他在论文中提出的观测结果表明其大气中存在水蒸气。这些观测是布兰德的导师、昆士兰大学物理与天文学副教授伊恩-克罗斯菲尔德（Ian Crossfield）领导的一项更广泛计划的一部分，该计划旨在观测海王星大小的系外行星的大气层。布兰德说："我们希望了解这些行星的行为，因为比地球稍大、比海王星小的行星是银河系中最常见的。"最近发表的这篇 ApJL 论文总结了该计划的观测结果，并纳入了其他观测数据，以解决为什么有些行星看起来是浑浊的，而另一些行星则是透明的。布兰德和他的合著者特别注意到系外行星大气层中容易形成云层或雾霾的区域。昆士兰大学的研究人员说，当大气中存在这种气溶胶时，雾霾会阻挡透过大气层的光线。如果一颗行星的表面正上方有云层，云层上方有数百公里的透明空气，那么星光就可以很容易地穿过透明空气，只被大气层那部分的特定气体吸收。然而，如果云的位置非常高，云通常在整个电磁频谱中都是不透明的。虽然云雾具有光谱特征，但对于天文学家的工作来说，他们用哈勃聚焦于一个相对较窄的范围，也会产生大部分平坦的光谱。当这些气溶胶出现在大气层的高处时，光线就没有了清晰的过滤路径。布兰德说："利用哈勃，我们最敏感的单一气体就是水蒸气。如果我们在行星的大气层中观测到水蒸气，这就很好地说明没有高到足以阻挡其吸收的云层。反之，如果没有观测到水蒸气，只看到一个平坦的光谱，尽管知道该行星应该有一个扩展的大气层，这表明在更高的高度可能存在云层或雾霾。"布兰德领导一个国际天文学家团队完成了这篇论文，其中包括昆明理工大学的克罗斯菲尔德和来自德国海德堡马克斯-普朗克研究所的合作者、劳拉-克赖德伯格领导的团队，以及卡罗琳-莫利领导的德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员。布兰德和他的合著者的分析方法与以往的分析方法不同，他们侧重于确定小海王星大气的物理参数。与此相反，以前的分析通常是将单一的模型光谱与观测数据进行拟合。通常情况下，研究人员会使用一个预先计算出含水量的大气模型，对其进行缩放和移动，使其与样本中观测到的行星相匹配。这种方法能显示光谱是清晰还是混浊，但无法提供有关大气中水蒸气含量或云层位置的信息。相反，布兰德采用了一种被称为"大气检索"的技术。他说："这涉及对水蒸气数量和云层位置等各种行星参数进行大气建模，通过成百上千次模拟迭代以找到最佳拟合配置。我们的检索为每颗行星提供了一个最佳拟合模型光谱，并据此计算出该行星的浑浊度或清晰度。然后，我们将测得的清晰度与卡罗琳-莫利（Caroline Morley）的一套单独模型进行了比较，结果显示我们的结果符合对类似行星的预期。在研究云和雾霾的行为时，我们的模型显示云比雾霾更适合。沉积效率参数反映了云的紧密程度，它表明观测到的行星沉积效率相对较低，从而产生了蓬松的云。这些云由水滴等微粒组成，由于沉降趋势较低，所以一直漂浮在大气层中"。布兰德的研究结果让人们对这些行星大气层的行为有了更深入的了解，当他在美国天文学会最近的一次会议上介绍这些研究结果时，引起了"极大的兴趣"。此外，布兰德还是克罗斯菲尔德领导的国际观测计划的一部分，该计划刚刚宣布在GJ 9827d上发现了水蒸气这是一颗距离地球97光年的行星，位于双鱼座，温度与金星相当。哈勃太空望远镜的观测结果表明，这颗行星可能只是银河系中富含水的行星的一个例子。这些结果是由蒙特利尔大学特罗蒂埃系外行星研究所的皮埃尔-亚历克西斯-罗伊领导的研究小组宣布的。布兰德说："我们正在海王星以下类型行星的大气层中寻找水蒸气。皮埃尔-亚历克西斯的论文是这项主要工作的最新成果，因为我们花了大约 10 或 11 个轨道或行星凌日才探测到水蒸气。皮埃尔-亚历克西斯的光谱作为我们的趋势数据点之一进入了我们的论文，我们将他们提案中的所有行星和文献中研究的其他行星都纳入其中，使我们的结果更加有力。在两篇论文的撰写过程中，我们一直与他们保持着密切的沟通，以确保我们使用了正确的最新结果，并准确地反映了他们的研究成果。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：