天文学家在系外行星的大气层中发现已知最重元素

天文学家在系外行星的大气层中发现已知最重元素天文学家发现了迄今为止在系外行星大气中发现的已知最重元素--钡。他们惊讶地发现，在超热气态巨行星WASP-76b和WASP-121b--两颗系外行星--的大气层中高空发现了钡。据悉，这两颗行星是围绕太阳系外恒星运行的行星。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1329447.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1329447.htm

石英雨：硅雪包裹着热木星系外行星的炽热大气层

石英雨：硅雪包裹着热木星系外行星的炽热大气层这幅艺术家的概念图展示了系外行星WASP-17b的模样。WASP-17b，又称Ditsö̀，是一颗炙热的气体巨行星，它绕恒星运行的距离仅为0.051AU（约475万英里，相当于水星与太阳之间距离的八分之一），大约在3.7个地球日内完成一个完整的环绕。该系统位于银河系内距离地球约1300光年的天蝎座。WASP-17b的体积是木星的七倍多，质量却不到木星的二分之一，是一颗非常膨大的行星。它的轨道周期短、体积大、大气层厚且延展，非常适合使用透射光谱法进行观测，即测量行星大气层对透过它的星光的影响。资料来源：NASA、ESA、CSA、拉尔夫-克劳福德（STScI）英国布里斯托尔大学研究员、今天（10月16日）发表在《天体物理学期刊通讯》上的论文的第一作者大卫-格兰特（DavidGrant）说："我们非常激动！我们从哈勃观测中知道，WASP-17b的大气层中一定存在气溶胶--构成云层或雾霾的微小颗粒，但我们没想到它们是由石英构成的。"2023年3月12-13日，MIRI（韦伯中红外仪器）拍摄到的系外行星WASP-17b的透射光谱首次揭示了系外行星云层中存在石英（结晶二氧化硅，SiO2）的证据。该光谱是通过测量该行星穿越其恒星时28个波段的中红外光的亮度变化而得到的。韦伯使用MIRI的低分辨率光谱仪对WASP-17系统进行了近10个小时的观测，在凌日之前、期间和之后收集了超过1275次测量数据。对于每个波长，通过从恒星最初发出的光量中减去穿过大气层的光量，计算出被行星大气层阻挡的光量（白色圆圈）。紫色实线是韦伯（MIRI）、哈勃和斯皮策数据的最佳拟合模型。(哈勃和斯皮策的数据涵盖了0.34到4.5微米的波长，没有在图中显示）。光谱显示在8.6微米附近有一个明显的特征，天文学家认为这是二氧化硅颗粒吸收了部分穿过大气层的星光造成的。黄色虚线显示的是如果WASP-17b大气层中的云层不含有二氧化硅，透射光谱的这一部分会是什么样子。这是首次在系外行星中发现二氧化硅，也是首次在凌日系外行星中发现任何特定的云层种类。资料来源：NASA、ESA、CSA、RalfCrawford（STScI）、DavidGrant（布里斯托尔大学）、HannahR.Wakeford（布里斯托尔大学）、NikoleLewis（康奈尔大学）硅酸盐（富含硅和氧的矿物）是地球和月球以及太阳系中其他岩石天体的主要成分，在整个银河系中也极为常见。但之前在系外行星和褐矮星大气中探测到的硅酸盐颗粒似乎是由橄榄石和辉石等富含镁的硅酸盐组成的，而不仅仅是石英--纯粹的二氧化硅。该研究小组的成员还包括来自美国宇航局艾姆斯研究中心和美国宇航局戈达德太空飞行中心的研究人员，他们的研究成果为我们了解系外行星云的形成和演化过程提供了新的思路。同样来自布里斯托尔大学的合著者汉娜-韦克福德（HannahWakeford）说："我们完全有望看到硅酸镁。但我们看到的很可能是这些物质的组成部分，是形成我们在较冷系外行星和褐矮星中探测到的较大硅酸盐颗粒所需的微小'种子'颗粒。"探测微妙变化WASP-17b的体积是木星的七倍多，质量不到木星的二分之一，是目前已知的最大、最膨松的系外行星之一。这一点再加上它只有3.7个地球日的短轨道周期，使这颗行星成为透射光谱学的理想选择：透射光谱学是一种测量行星大气层对星光的过滤和散射效应的技术。韦伯对WASP-17系统进行了近10个小时的观测，在这颗行星划过恒星时收集了超过1275次5至12微米中红外光的亮度测量数据。通过将行星在恒星前方时到达望远镜的各个波长的光亮度与恒星本身的光亮度相减，研究小组能够计算出每个波长被行星大气层阻挡的光量，结果发现在8.6微米处出现了一个意想不到的"凸起"，如果云层是由硅酸镁或其他可能的高温气溶胶（如氧化铝）构成的，那么这一特征是意想不到的，但如果云层是由石英构成的，那么这一特征就完全合理了。晶体、云和风虽然这些晶体在形状上可能与地球上的晶洞和宝石商店中发现的尖尖的六角棱柱相似，但每个晶体的直径只有大约10纳米，也就是一厘米的百万分之一。"哈勃数据实际上在确定这些颗粒的大小方面发挥了关键作用，"合著者之一、康奈尔大学的尼科尔-刘易斯解释说，他领导的韦伯保证时间观测（GTO）计划旨在帮助建立热木星大气层的三维视图。我们仅从韦伯的近红外成像数据中就知道存在二氧化硅，但我们需要哈勃的可见光和近红外观测数据作为背景，以弄清晶体有多大。"与地球云层中发现的矿物颗粒不同，WASP-17b云层中探测到的石英晶体并不是从岩石表面被卷起的。相反，它们源自大气层本身。格兰特解释说："WASP-17b温度极高--约2700华氏度（1500摄氏度）--在大气高处形成石英晶体的压力只有我们在地球表面所经历的压力的千分之一。在这种条件下，固态晶体可以直接从气体中形成，而无需先经过液态阶段。"了解云层是由什么构成的，对于了解整个行星至关重要。像WASP-17b这样的热木星主要由氢和氦组成，还有少量其他气体，如水蒸气（H2O）和二氧化碳（CO2）。韦克福德解释说："如果我们只考虑这些气体中的氧，而忽略了石英（SiO2）等矿物中锁住的所有氧，我们就会大大低估总丰度。这些美丽的二氧化硅晶体告诉我们不同物质的存量，以及它们如何共同塑造了这个星球的环境。"究竟有多少石英，以及云层的弥漫程度如何都很难确定。格兰特说："云层很可能出现在昼夜交替的地方（终结者），也就是我们的观测所探查的区域。鉴于这颗行星被潮汐锁定，白天很热，夜晚较冷，云层很可能在行星周围循环，但当它们到达较热的白天一侧时就会蒸发。风可能会以每小时数千英里的速度将这些微小的玻璃状颗粒带走"。WASP-17b是JWST望远镜科学家小组利用多仪器光谱对系外行星大气进行深度勘测（DREAMS）调查的三颗目标行星之一，该调查旨在收集系外行星每个关键类别中一颗代表行星的综合观测数据：热木星、暖海王星和温带岩石行星。对热木星WASP-17b的近红外成像观测是GTO1353计划的一部分。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1390433.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1390433.htm

第一颗被证实有大气层的行星出现了

第一颗被证实有大气层的行星出现了访问：Saily-使用eSIM实现手机全球数据漫游安全可靠源自NordVPN55Cancrie离恒星很近的艺术图。图片来源：MarkGarlick/SciencePhotoLibrary没有参与这项研究的美国麻省理工学院的行星科学家SaraSeager说，在类地行星周围发现大气层是系外行星研究的一个重要里程碑。地球稀薄的大气层对维持生命至关重要，能够发现类似类地行星上的大气层是寻找太阳系以外生命的重要一步。JWST探测到的这颗行星名为55Cancrie，它围绕着一颗12.6秒差距的类太阳恒星运行，被认为是一个超级地球。这颗比地球稍大的类地行星，半径约为地球的两倍，重量是地球的8倍多，大气层厚度约为地球半径的百分之几。55Cancrie不适合居住的另一个原因是它离恒星很近——大约是地球到太阳距离的1/65。然而，美国喷气推进实验室（JPL）的天体物理学家、论文合著者AaronBelloArufe说，它可能是研究最多的岩石行星。它对于岩石行星来说大很多，所以比太阳系外其他行星更容易研究。55Cancrie经过了充分的研究，JWST于2021年12月发射后，工程师将天文台的红外光谱仪指向它进行测试。这些仪器可以探测行星周围气体吸收星光红外波长时的化学指纹。Bello-Arufe和同事随后决定进行更深入地挖掘，以确认这颗行星是否有大气层。在最近的观测之前，天文学家已经无数次改变对55Cancrie的看法。这颗行星于2004年被发现。起初，研究人员认为它可能是一个类似木星的气态巨星的核心。但在2011年，斯皮策太空望远镜在这颗行星从其恒星前方经过时对其进行了观测发现，55Cancrie实际上比一颗气态巨星小得多，密度也大得多，是一颗岩石超级地球。几年后，研究人员注意到，对于一颗离其恒星如此之近的行星来说，55Cancrie的温度比它应有的温度低，这表明它可能有大气层。一种假设是，这颗行星是一个被超临界水分子包围的“水世界”；另一种假设是，它被一个主要由氢和氦组成的膨胀的原始大气所包围。但这些想法最终都被推翻了。JPL的行星科学家、论文合著者胡仁宇（音）说，一颗离恒星如此之近的行星会受到恒星风的轰击，很难抓住大气层中的挥发性分子。这存在两种可能性，首先，这颗行星是完全干燥的，有一层由蒸发岩石组成的超薄大气层；其次，它有一个由较重的挥发性分子组成的厚厚的大气层，这些分子不容易流失。最新数据表明，55Cancrie的大气中含有碳基气体，这指向了第二种可能。Seager说，该团队收集了大气层的真实证据，但还需要进行更多观测来确定其完整成分、存在气体的相对数量及其精确厚度。美国斯坦福大学的行星地质学家LauraSchaefer有兴趣了解55Cancrie的大气层如何与行星表面下的物质相互作用。他说，大气仍有可能被恒星风侵蚀，但岩浆海洋中岩石的融化和释放可能会补充气体。“地球可能至少经历了一个岩浆-海洋阶段，也许是几个。”Schaefer说，“拥有岩浆海洋的实际例子可以帮助我们了解太阳系的早期历史。”相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07432-x...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1430271.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1430271.htm

韦伯太空望远镜揭示木星大气层新特征 - "完全出乎我们的意料"

韦伯太空望远镜揭示木星大气层新特征-"完全出乎我们的意料"木星赤道附近的狭窄喷流，风速为每小时320英里。这张木星图像来自美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜的近红外相机（NIRCam），以红外光显示了这颗宏伟行星的惊人细节。在这张图片中，亮度表示高度。无数明亮的白色"斑点"和"条纹"很可能是高空对流风暴凝结的云顶。极光在本图中显示为红色，延伸至地球南北两极的高空。相比之下，赤道以北的深色带状区域几乎没有云层覆盖。资料来源：NASA、ESA、CSA、STScI、RicardoHueso（UPV）、ImkedePater（加州大学伯克利分校）、ThierryFouchet（巴黎天文台）、LeighFletcher（莱斯特大学）、MichaelH.Wong（加州大学伯克利分校）、JosephDePasquale（STScI）虽然喷射流不像木星的其他一些特征那样直观或令人惊叹，但它让研究人员对木星大气层各层之间如何相互作用有了令人难以置信的了解，以及韦伯望远镜在未来将如何帮助这些研究。研究人员利用美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜的近红外相机（NIRCam）发现了木星赤道上空的高速喷流，位于主要云层之上。在木星云层上方约12-21英里（20-35公里）的2.12微米波长处，研究人员发现了几处风切变，即风速随高度或距离变化的区域，这使他们能够跟踪喷流。这张图片突出显示了木星赤道周围的几个特征，在木星自转一圈（10小时）之间，这些特征非常明显地受到喷流运动的干扰。资料来源：NASA、ESA、CSA、STScI、RicardoHueso（UPV）、ImkedePater（加州大学伯克利分校）、ThierryFouchet（巴黎天文台）、LeighFletcher（莱斯特大学）、MichaelH.Wong（加州大学伯克利分校）、JosephDePasquale（STScI）韦伯太空望远镜发现木星大气层的新特征美国宇航局的詹姆斯-韦伯太空望远镜在木星大气层中发现了一个前所未见的新特征。这股高速喷流宽达3,000多英里（4,800公里），位于木星赤道上空的主云层之上。这一喷流的发现让人们了解到木星著名的动荡大气层各层之间是如何相互作用的，以及韦伯望远镜是如何独一无二地跟踪这些特征的。西班牙毕尔巴鄂巴斯克大学的里卡多-胡索（RicardoHueso）是描述这一发现的论文的第一作者。"我们一直认为木星大气层中的雾气是模糊的，现在看来是清晰的特征，我们可以随着木星的快速旋转进行追踪。"韦伯独特的成像能力研究小组分析了韦伯的近红外相机（NIRCam）在2022年7月拍摄的数据。由加州大学伯克利分校的ImkedePater和巴黎天文台的ThierryFouchet共同领导的"早期发布科学计划"旨在用四种不同的滤光片拍摄木星的图像，每种滤光片都能探测到木星大气层不同高度的微小特征变化，拍摄时间间隔为10小时，即一个木星日。木星的大气层是分层的，这幅插图展示了韦伯望远镜是如何独一无二地从比以前更高的大气层收集信息的。科学家们能够利用韦伯望远镜确定木星大气层不同层的风速，从而分离出高速喷流。对木星的观测是在三个不同的滤光片下进行的，相隔10个小时，也就是一个木星日，每个滤光片都能探测到木星大气层不同高度的细小特征变化。资料来源：NASA、ESA、CSA、STScI、RicardoHueso（UPV）、ImkedePater（加州大学伯克利分校）、ThierryFouchet（巴黎天文台）、LeighFletcher（莱斯特大学）、MichaelH.Wong（加州大学伯克利分校）、AndiJames（STScI）德-帕特指出："尽管各种地面望远镜、美国宇航局的朱诺号和卡西尼号等航天器以及美国宇航局的哈勃太空望远镜已经观测到了木星系统不断变化的天气模式，但韦伯望远镜已经提供了有关木星环、卫星及其大气层的新发现。"对比鲜明的大气层虽然木星在很多方面都与地球不同--木星是一颗气态巨行星，而地球则是一个温带岩石世界--但两颗行星的大气层都是分层的。这些其他任务观测到的红外线、可见光、无线电和紫外线波长探测到了木星大气层的较低层和较深层--巨大的风暴和氨冰云就在那里。另一方面，韦伯望远镜的近红外波段比以前更远，它对大气的高空层很敏感，大约在木星云顶上方15-30英里（25-50公里）处。在近红外成像中，高空云雾通常显得模糊不清，赤道区域的亮度增强。通过韦伯望远镜，在明亮的朦胧波段内可以分辨出更精细的细节。这幅关于木星大气层中闪电、对流塔（雷头）、深水云和空地的插图是根据朱诺号太空船、哈勃太空望远镜和双子座天文台收集的数据绘制的。朱诺探测闪电放电产生的无线电信号。由于无线电波可以穿过木星的所有云层，朱诺号能够探测到云层深处的闪电以及木星日面的闪电。哈勃能探测到木星大气层中云层反射的阳光。不同波长的阳光可以穿透云层的不同深度，从而使研究人员能够确定云顶的相对高度。双子座号绘制了冷云的厚度图，这些冷云阻挡了来自云层下方较暖大气层的热红外光。厚厚的云层在红外地图上看起来很暗，而晴朗的云层则看起来很亮。综合观测结果可绘制三维云层结构图，并推断大气环流的细节。在潮湿空气上升（上升流和活跃对流）的地方会形成厚厚的高耸云层。较干燥的空气下沉（下沉）时，就会形成晴空。图中的云层比地球相对较浅大气层中的类似对流塔高五倍。图示区域的水平跨度是美国大陆的三分之一。资料来源：NASA、ESA、M.H.Wong（加州大学伯克利分校）、A.James和M.W.Carruthers（STScI）新发现的喷流时速约为320英里（515公里），是地球上5级飓风持续风速的两倍。它位于木星下平流层云层上方约25英里（40公里）处（见上图）。通过比较韦伯观测到的高空风和哈勃观测到的深层风，研究小组可以测量出风随高度变化的速度和产生风切变的速度。虽然韦伯望远镜精湛的分辨率和波长覆盖范围使其能够探测到用于跟踪喷流的小型云层特征，但在韦伯望远镜观测一天后，哈勃望远镜进行的补充观测对于确定木星赤道大气层的基本状态以及观测木星赤道上与喷流无关的对流风暴的发展情况也至关重要。加州大学伯克利分校的迈克尔-王（MichaelWong）补充说："我们知道韦伯和哈勃的不同波长将揭示风暴云的三维结构，但我们也能够利用数据的时间性来观察风暴发展的速度，"他领导了相关的哈勃观测。未来的观测和影响研究人员期待用韦伯望远镜对木星进行更多的观测，以确定喷流的速度和高度是否会随着时间的推移而发生变化。研究小组成员、英国莱斯特大学的利-弗莱彻（LeighFletcher）解释说："木星赤道平流层的风和温度模式复杂，但可重复。如果这种新喷流的强度与平流层的振荡模式有关，我们可能会预计喷流在未来2到4年内会有很大变化--在未来几年检验这一理论将非常令人兴奋。"弗莱彻继续说："让我感到惊奇的是，在众多天文台对木星的云层和风进行了多年跟踪之后，我们仍然有更多关于木星的知识需要了解，而像这种喷流这样的特征在2022年拍摄这些新的NIRCam图像之前一直都是隐藏的。"研究人员的研究成果最近发表在《自然-天文学》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1391227.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1391227.htm

研究：距离65光年的超热“超级地球”系外行星可能没有大气层

研究：距离65光年的超热“超级地球”系外行星可能没有大气层GJ1252b是一颗在2020年被发现的“超级地球”。天文学家对这颗系外行星进行了仔细观察，发现它可能有一个非常稀薄的大气层，或者可能根本就没有大气层。这颗围绕一颗M型恒星运行的行星是“迄今为止我们对其大气层有如此严格限制的最小的系外行星”，主要作者IanCrossfield说。他是一名天文学家和堪萨斯大学的助理教授。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1328605.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1328605.htm

银河系最热的系外行星：外星大气层蕴藏罕见的铽元素

银河系最热的系外行星：外星大气层蕴藏罕见的铽元素天《文学与天体物理学》杂志上的新研究揭示了关于这个滚烫的怪兽大气层的发现。"我们已经开发了一种新的方法，使我们有可能获得更详细的信息。"隆德大学天体物理学博士生尼古拉斯-博萨托说："利用这个方法，我们发现了七种元素，包括稀有物质铽，这在以前从未在任何系外行星的大气层中发现过。"铽是一种稀土金属，属于所谓的镧系元素。该物质于1843年由瑞典化学家卡尔-古斯塔夫-莫桑德在斯德哥尔摩群岛的Ytterby矿区发现。这种物质在自然界中非常罕见，今天世界上99%的铽的生产都发生在内蒙古的巴彦奥博白云鄂博矿区。在一颗系外行星的大气中发现铽是非常令人惊讶的。大多数系外行星是由天文学家对恒星的亮度进行测量后发现的。当一颗系外行星从其恒星前面经过时，恒星的亮度会降低。由于他们先进的测量方法，研究人员已经成功地过滤掉了KELT-9b大气层中的主要信号。这为发现其他系外行星大气层的更多信息提供了可能。尼古拉斯-博萨托解释说："对较重元素的更多了解有助于我们，除其他外，确定系外行星的年龄以及它们是如何形成的。"系外行星，或称太阳系外行星，是指除我们自己的太阳系以外的其他太阳系中的行星。第一个被证实的发现是在1992年，是一颗围绕中子星运行的系外行星。三年后，发现了第一颗有类似太阳的恒星的系外行星。从那时起，已经有超过5000颗系外行星被记录下来。系外行星的存在往往会引发关于宇宙中其他地方存在生命的可能性的问题。探测超热系外行星大气层中的重元素是了解行星大气层如何运作的另一个步骤。尼古拉斯-博萨托总结说："我们对这些行星了解得越多，我们在未来找到地球2.0的机会就越大。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1358689.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1358689.htm