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：

天文学家在系外行星WASP-76b上首次探测到了类似彩虹的光环

天文学家在系外行星WASP-76b上首次探测到了类似彩虹的光环 每种光彩都是独一无二的，这取决于行星大气层的成分和照亮它的恒星发出的光的颜色。WASP-76（WASP-76b的"太阳"）是一颗黄白色的主序星，就像我们的太阳一样，但不同的恒星会产生不同颜色和图案的光辉。图片来源：欧空局，由 ATG 根据欧空局合同完成。CC BY-SA 3.0 IGO这种现象在地球上经常出现，但在另一颗行星金星上只发现过一次。如果得到证实，这第一颗太阳系外的光辉将揭示更多关于这颗令人费解的系外行星的本质，并为如何更好地了解陌生而遥远的世界带来令人兴奋的启示。在系外行星WASP-76b阳光下难以忍受的光和热与其黑暗面无尽的黑夜之间，可能存在着第一种太阳系外的"光彩"。这种效果类似于彩虹，当光线从一种由完全均匀但迄今未知的物质组成的云层上反射出来时，就会产生这种效果。葡萄牙天体物理学和空间科学研究所的天文学家、该研究的第一作者奥利维尔-德曼吉翁解释说："在太阳系外从未见过光辉是有原因的它需要非常奇特的条件。首先需要大气粒子接近完美的球形，完全均匀且足够稳定，以便进行长时间观测。行星附近的恒星需要直接照射到它，而观测者Cheops的方位恰到好处。"2011 年 7 月 24 日在金星上看到的"光辉"的假彩合成图像。该图像由金星监测相机拍摄的紫外线、可见光和近红外波长的三幅图像组成。这些图像的拍摄间隔为 10 秒钟，由于航天器的运动，这些图像并没有完全重叠。从 6000 公里外的航天器上看到的光斑直径为 1200 公里。图片来源：ESA/MPS/DLR/IDA如果得到证实，这首缕系外行星的光辉将为进一步了解行星和形成它的恒星提供一个美丽的工具。研究系外行星的欧空局研究员马修-斯坦丁（Matthew Standing）解释说："重要的是要记住我们正在目睹的令人难以置信的规模。WASP-76b在几百光年之外一颗炙热的气态巨行星上，很可能下着熔铁雨。尽管一片混乱，但我们似乎已经探测到了光辉的潜在迹象。这是一个非常微弱的信号。"这一结果展示了欧空局契奥普斯飞行任务在探测遥远世界上从未见过的微妙现象方面的威力。这幅插图显示了系外行星 WASP-76b 的夜景。这颗超高温巨型系外行星的白天温度高达 2400 摄氏度以上，足以使金属蒸发。强风将铁蒸气带到较冷的夜侧，在那里凝结成铁滴。在图像的左侧，我们看到了系外行星的傍晚边界，从白天过渡到夜晚。图片来源：ESO/M.KornmesserWASP-76b是一颗超热的类木星行星。虽然它的质量比我们的木星小10%，但体积却几乎是它的两倍。这颗系外行星紧紧地围绕着它的主恒星运行，其距离比焦黑的水星围绕太阳运行的距离还要近12倍，因此它被强烈的辐射"膨化"了。自2013年被发现以来，WASP-76b一直受到密切关注，并出现了一幅奇异的地狱图景。这颗行星的一面始终面向恒星，温度高达2400摄氏度。在这里，在地球上会形成岩石的元素会熔化并蒸发，只会在温度稍低的夜间一侧凝结，形成滴下熔铁雨的铁云。但是，WASP-76b的"肢体"当它从宿主恒星前方经过时看到的最外围区域存在明显的不对称，或者说"古怪"，这让科学家们感到困惑。在这项揭示性研究中，还分析了来自欧空局和美国国家航空航天局不同任务的数据，包括TESS、哈勃和斯皮策，但当欧空局的"Cheops"和美国国家航空航天局的TESS合作时，荣耀现象的蛛丝马迹才开始显现。地球上空轨道上的 CHEOPS 的艺术印象。图中卫星的望远镜盖是关闭的。图片来源：ESA / ATG medialab当WASP-76b从它的类太阳恒星前方和周围经过时，Cheops对它进行了密集的监测。经过三年的 23 次观测，数据显示来自该行星东部"终结者"黑夜与白昼的交界处的光量出现了惊人的增长。这使得科学家们能够厘清并确定信号的来源。奥利维尔解释说："这是第一次在系外行星的亮度（即其'相位曲线'）上探测到如此剧烈的变化。这一发现让我们假设，这种意想不到的光芒可能是由一种强烈的、局部的和各向异性的（与方向有关的）反射造成的，这就是光辉效应"。虽然光晕效应会产生类似彩虹的图案，但两者并不相同。彩虹的形成是由于阳光穿过具有一定密度的介质，到达具有不同密度的介质例如从空气到水使其路径发生弯曲（折射）。不同波长的光线会发生不同程度的弯曲，从而使白光分成各种颜色，形成我们熟悉的彩虹圆弧。金星（左）和地球（右）上光辉现象的模拟视图，未考虑任何雾霾或背景云亮度的影响。当阳光照射到云滴上时，就会出现光晕现象，地球上的云滴是水滴，而金星上的云滴是硫酸滴。金星上的光彩与地球上的光彩在外观上的主要区别不在于成分，而在于颗粒大小。地球上的云滴直径通常在 10 到 40 千分之一毫米之间，而金星上云顶的云滴要小得多，直径通常不超过 2 千分之一毫米。正因为如此，彩色条纹之间的距离比在地球上要远。图片来源：C. Wilson/P.拉文而"光环"则是光线在狭窄的开口之间穿过时形成的，例如在云或雾中的水滴之间。同样，光的路径会发生弯曲（在这种情况下是衍射），通常会形成同心色环，光波之间的干涉会形成明暗相间的色环图案。光辉效应的证实意味着存在由完美球形液滴组成的云层，这种云层至少持续了三年，或者正在不断补充。要想让这种云持续存在，大气层的温度也需要长期保持稳定这将是对 WASP-76b 可能发生的事情的一个引人入胜的详细了解。重要的是，能够在如此遥远的地方探测到如此微小的奇迹，将教会科学家和工程师如何探测其他难以观测但却至关重要的现象。例如，液态湖泊和海洋反射的阳光这是宜居性的一个必要条件。欧空局即将进行的阿里尔飞行任务的项目科学家特雷莎-吕夫廷格解释说："要最终确定这种引人入胜的'额外光线'是一种罕见的光彩，还需要进一步的证明。NASA/ESA/CSA詹姆斯-韦伯太空望远镜上搭载的NIRSPEC仪器进行的后续观测就可以做到这一点。欧空局即将执行的阿里尔任务也可以证明它的存在。我们甚至可以发现其他系外行星闪耀着更多绚丽的色彩。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

5种最奇怪的动物眼睛：它们看到的世界 我们无法想象

5种最奇怪的动物眼睛：它们看到的世界 我们无法想象 有一些眼睛我们很好理解，比如食草动物的水平瞳孔让它们能够看到周围环境的全景，这有助于它们看到捕食者的到来，并在逃跑时避开障碍物，而夜间掠食者的瞳孔是垂直的，可以最大限度地提高夜视能力。然而，在这个壮丽、广阔、多样化的世界中，还有其他种类的眼睛以我们无法想象的方式观看世界。下面是已知的5种世界上最奇怪的眼睛。石鳖 Hans Hillewaert一、不是眼睛的眼睛石鳖当您想到眼睛时，您肯定会想到它至少是由细胞构成的，但是这种叫作石鳖的奇怪海洋软体动物，它们的眼睛是由“石头”构成的。这些小型生物是多板纲的，它们身体的外面被一个厚厚的连锁“板甲”保护着，完全融入周围的岩石中，难以被人发现。它们在岩石上爬行，吃着在那里发现的任何东西，但如果您沿着它甲壳的周边和底部寻找它们的眼睛的话，那么您根本找不到哪个器官可以当作眼睛来用。当然，石鳖是有眼睛的，只是它们没有常规柔软的眼睛，它们的眼睛在它们的甲壳上，并且是由矿物制成的更具体地说是一种称为文石的碳酸钙。另外，石鳖还不止一对眼睛，它和一些软体动物一样拥有许多眼睛，只是石鳖的眼睛是无规则地散布在它们的甲壳表面。图源：哈佛大学维斯研究所如上图，深色部分就是石鳖的眼睛，这些眼睛由一个文石晶状体和某种视网膜组成，被称为微眼（aesthetes），它们甲壳上有数百个这样的微眼，组成一个复杂的视觉网络，可以吸收光线解析图像。科学界至今都没有搞清楚，石鳖的视觉信息是如何被大脑处理的，但它们可以帮助我们更好地理解过去眼睛进化所经历的一些疯狂的事。首先，不难发现，这种眼睛是非常原始的，最古老的石鳖化石可以追溯到4亿年前，它是古老的生物，并保留了包括眼睛在内的一些古老特征。其次，科学家推测已灭绝的三叶虫也有眼睛，也是由矿物组成其晶状体是由方解石制成的，三叶虫的眼睛可能就是动物史上第一个真正复杂的眼睛。所以，研究石鳖可以帮助我们了解很多关于地球上动物视觉的进化。图：螳螂虾二、真正的超能眼睛螳螂虾在动物王国中，已知的最复杂的眼睛属于底栖海洋甲壳类动物螳螂虾。人类可以看到色彩斑斓的世界，其实我们的眼睛在哺乳动物中已经是非常强大的，大部分哺乳动物的眼睛看不到这么多颜色，这和哺乳动物在过去通常在夜间活动有关系。决定眼睛看到多少颜色是眼睛中的视锥细胞，而决定眼睛能在夜间看到东西的是视杆细胞，人类有三种视锥细胞分别对红绿蓝三个可见光波段敏感，以及一种视杆细胞它对自然光的大部分波长都敏感，但它无法分辨彼此。这4种光感受细胞构成了我们的视觉，三种视锥细胞的相互作用让我们看到了彩色世界，而丰富的视杆细胞让我们在夜晚也能看到事物（人眼拥有1.2亿个视杆细胞，而三种视锥细胞总共只有600万个）。螳螂虾眼睛特性  Cédric Peneau螳螂虾是一种色彩缤纷的小型虾蛄，这可能和它们异常强大的眼睛也有关系，它们的复眼里拥有16种光感受细胞是已知最多的。其中12种是用颜色相关的，具有常见的彩色感光细胞，以及对紫外线敏感的感光细胞，看到紫外线并不特别，有许多动物都能做到，但是螳螂虾可以看到五个不同的紫外线频段。另一方面，它们还可以看到偏振光。与看到紫外线一样，也有很多动物可以看到偏正光，但是螳螂虾是唯一能看到圆偏振光的动物。由于研究人员已经证明，快速生长、混乱的癌细胞实际上与健康组织会不同地反射偏振光，所以螳螂虾被认为可以在症状出现之前发现癌症。现在有许多科学团队正在积极仿生它们的眼睛，以设计出能够提前看到癌症的相机。除此之外，螳螂虾的每只眼睛都能独立移动，而且单个眼睛就能感知到深度，而包括人类在内的大部分动物只能通过两只眼睛相互作用来感受深度。麻雀，眼睛看起来很深邃  Fir0002三、看到地球磁场一些鸟类鸟类有着又小又圆的眼睛，但它们的眼睛比我们强大许多。我们前面提到过，人眼有4种光感受细胞，而大部鸟类有6种，4种视锥细胞比我们多的一种就是对紫外线敏感的，以及1种视杆细胞和1种不寻常的双视锥细胞可提供非彩色运动感知。这似乎没法和螳螂虾相提并论，但是有一些候鸟在这个基础上可以看到地球的磁场，以此帮助它们导航，从而完成跨洲的超远迁徙。图源：Jillian Ditner长时间以来，人们并不清楚那些长距离迁徙的候鸟是如何完成迁徙的，直到最近，科学家将其中的原因范围缩小到一类被称为隐色素的光敏蛋白质。这种蛋白质依赖蓝光，这表明鸟类的磁感受可能是基于视觉的。四眼鱼  Quartl四、一眼两用四眼鱼“四眼鱼”听起来视乎是长了四只眼睛一样，其实并不是的，它们只有两个眼睛，只是和身体相比显得特别大，而且这双大眼睛已经进化出令人难以置信的适应能力。它们的生态位是水面，它们大部分时间都花在水面上，捕食那些在水生生态系统周围盘旋的昆虫。它们大大且凸起的眼睛有助于它们露出空气，并更好的看到飞虫，但有意思的地方是，它们眼睛很大，以至于有一半是在水下的，这让事情变得相当有趣。它们的每个瞳孔分为两半，其中一半位于水线上方（背侧），而另一半位于水线下方（腹侧） 。通过这种方式，四眼鱼可以同时看到水面和水下光线传播不同的环境以观察捕食者和猎物。Charles J. Sharp更有趣的地方是，水面和水下部分晶状体的厚度是有所不同的，以适应空气和水生介质的不同折射率。另外，角膜上皮的厚度也不同，视网膜感光细胞中的蛋白质也略有不同水面视网膜对绿光更敏感，水下视网膜对黄光更敏感。一只眼睛拥有两种完全不同的适应，叫它们四眼鱼并不为过。五、另类看色彩方式乌贼乌贼的眼睛拥有奇怪的W型瞳孔，让它们显得有点独特，现在生物学家已经确定这种特征有助于它们平衡垂直不均匀的光场，这是它们栖息的水深处常见的适应。但乌贼独特的地方是，它们的眼睛只拥有一种光感受细胞，但却可以看到不同颜色，甚至可能看到我们不知道的颜色。乌贼独特的瞳孔可以促进一种完全有别于其它动物观察颜色的方式利用光线穿过棱镜分裂成色彩的方式。当我们眼睛里的晶状体无法将颜色聚焦在同一点上时，就会出现所谓的色差，从而将鲜明的阴影对比度变成不同色调，乌贼可能把这个我们眼睛的问题变成了解决方案。当不可避免出现色差时，瞳孔越小色差就越小，因此瞳孔较宽的乌贼非常容易出现这种情况，这会让乌贼看到的图像变得模糊。但是这种模糊可以带给它们不一样的“颜色体验”，这就解释了为什么乌贼只有一种感光细胞却能让身体颜色与环境相协调进行伪装。另外，乌贼的眼睛还可以旋转，最近科学家发现这些旋转的眼睛会产生立体视觉，这也是乌贼有别于其它动物看到深度的方式。 ... PC版： 手机版：