天文學家首次在地獄般遙遠的系外行星WASP-76b上探測到潛在的“榮耀效應(yīng)” _系外行星

藝術(shù)家對系外行星WASP-76b的榮耀印象。來源：歐洲航天局
據(jù)歐洲航天局：在太陽系外的一顆行星上發(fā)現(xiàn)了彩虹狀“榮耀效應(yīng)”的潛在跡象。榮耀是只有在特殊條件下才會出現(xiàn)的彩色同心光環(huán) 。
歐空局敏感的外行星特征衛(wèi)星Cheops以及其他幾項歐空局和美國國家航空航天局任務(wù)的數(shù)據(jù)表明，這種微妙的現(xiàn)象正從637光年外的超高溫氣體巨頭WASP-76b的地獄般大氣層直接射向地球。
這種效應(yīng)在地球上經(jīng)常出現(xiàn) ，但在另一顆行星金星上只發(fā)現(xiàn)過一次。如果得到證實，這第一次太陽系外的榮耀將更多地揭示這顆令人困惑的系外行星的性質(zhì)，并為如何更好地理解陌生、遙遠的世界提供令人興奮的教訓。
來自Cheops及其朋友的數(shù)據(jù)表明，在系外行星WASP-76b被陽光照射的表面難以忍受的高溫和光線，以及其黑暗面的無盡夜晚之間，可能是第一次太陽系外的“榮耀” 。這種效果類似于彩虹，發(fā)生在光線從由一種完全均勻但迄今為止未知的物質(zhì)組成的云層反射時。
葡萄牙天體物理和空間科學研究所的天文學家、該研究的主要作者Olivier Demangeon解釋道：“在我們的太陽系之外，以前沒有看到過榮耀，這是有原因的——它需要非常特殊的條件。” 。
“首先，你需要接近完美球形、完全均勻且穩(wěn)定的大氣粒子，以便長時間觀測。行星附近的恒星需要直接照射到它身上，觀察者——這里是Cheops——處于正確的方向。”
如果得到證實，這顆系外行星的第一顆榮耀將提供一個美麗的工具來了解更多關(guān)于形成它的行星和恒星的信息。
歐空局研究系外行星的研究員Matthew Standing解釋道：“重要的是要記住，我們正在目睹的事情規(guī)模之大令人難以置信。” 。
“WASP-76b距離我們幾百光年，是一顆非常熱的氣態(tài)巨行星，可能會在那里下熔融的鐵。盡管如此混亂，但看起來我們已經(jīng)探測到了榮耀的潛在跡象。這是一個極其微弱的信號。”
這一結(jié)果證明了歐空局的Cheops任務(wù)在探測遙遠世界上前所未有的微妙現(xiàn)象方面的力量。

模擬金星（左）和地球（右）上的榮耀現(xiàn)象，不考慮任何霧度或背景云亮度的影響。資料來源：C.Wilson/P.Laven，歐洲航天局
一個四肢不平衡的地獄般的星球
WASP-76b是一顆超高溫的類木星行星。雖然它的質(zhì)量比我們的條紋表親小10% ，但它幾乎是它的兩倍大。這顆系外行星緊緊圍繞其宿主恒星運行，距離我們太陽的軌道是燒焦的水星的12倍，它被強烈的輻射“膨脹”了。
自2013年發(fā)現(xiàn)以來，WASP-76b一直受到密切關(guān)注，出現(xiàn)了一幅奇怪的地獄般的畫面。行星的一側(cè)總是面向太陽，溫度達到2400°C 。在這里，地球上形成巖石的元素融化并蒸發(fā)，只在稍微涼爽的夜晚凝結(jié)，形成鐵云，滴下熔融的鐵雨。
但科學家們對WASP-76b的“四肢”明顯的不對稱性或搖擺不定感到困惑——當它經(jīng)過宿主恒星前方時，可以看到它的最外層區(qū)域。
這項具有啟發(fā)性的研究還分析了來自歐空局和美國國家航空航天局不同任務(wù)的數(shù)據(jù)，包括TESS、哈勃和斯皮策，但正是當歐空局的Cheops和美國國家航天局的TESS合作時，榮耀現(xiàn)象的跡象才開始出現(xiàn) 。
當WASP-76b經(jīng)過其類太陽恒星前方和周圍時， Cheops對其進行了密集監(jiān)測。在三年內(nèi)進行了23次觀測后，數(shù)據(jù)顯示，來自該行星東部“終結(jié)者”（晝夜交匯的邊界）的光照量驚人地增加。這使科學家能夠解開并限制信號的來源。
奧利維爾解釋道：“這是第一次在系外行星的亮度及其‘相位曲線’中檢測到如此劇烈的變化。” 。
“這一發(fā)現(xiàn)使我們假設(shè)，這種意想不到的輝光可能是由強烈的、局部的和各向異性的（方向相關(guān)的）反射引起的——榮耀效應(yīng) 。”

2011年7月24日在金星上看到的“榮耀”的假彩色合成圖。該圖像由來自金星監(jiān)控相機的紫外線、可見光和近紅外波長的三幅圖像組成。這些圖像相隔10秒拍攝，由于航天器的運動，沒有完全重疊。從6000公里外的航天器上看，榮耀號的直徑為1200公里。來源：ESA/MPS/DLR/IDA
沐浴在WASP-76b反射的榮耀中
雖然榮耀效應(yīng)創(chuàng)造了彩虹般的圖案，但兩者并不相同。當陽光穿過一種具有一定密度的介質(zhì)到達一種具有不同密度的介質(zhì)時，例如從空氣到水，彩虹就會形成，這會導致其路徑彎曲（折射）。不同的波長被彎曲不同的量，導致白光分裂成不同的顏色，并形成熟悉的彩虹圓弧。
然而，當光線從狹窄的開口之間穿過時，例如在云中或霧中的水滴之間，就會形成榮耀。同樣，光的路徑是彎曲的（在這種情況下是衍射的），通常會產(chǎn)生同心的彩色環(huán)，光波之間的干涉會產(chǎn)生亮環(huán)和暗環(huán)的圖案。
第一個遙遠的榮耀意味著什么
榮耀效應(yīng)的證實意味著由完美球形液滴組成的云的存在，這些云已經(jīng)持續(xù)了至少三年或正在不斷補充。為了讓這種云持續(xù)存在，大氣溫度也需要隨著時間的推移保持穩(wěn)定——這是對WASP-76b可能發(fā)生的事情的一個引人入勝的詳細見解。
重要的是，能夠在如此遙遠的地方探測到如此微小的奇跡，將教會科學家和工程師如何探測其他難以看到但至關(guān)重要的現(xiàn)象。例如，液態(tài)湖泊和海洋反射的陽光——這是對宜居性的要求。
地平線上的光榮證明
歐空局即將執(zhí)行的Ariel任務(wù)的項目科學家Theresa Lüftinger解釋道：“需要進一步的證據(jù)來確鑿地證明，這種有趣的‘額外光線’是一種罕見的榮耀。” 。
“美國國家航空航天局/歐空局/加拿大空間局詹姆斯·韋伯太空望遠鏡上的NIRSPEC儀器的后續(xù)觀測可以完成這項工作。或者歐空局即將進行的Ariel任務(wù)可以證明它的存在。我們甚至可以發(fā)現(xiàn)其他系外行星發(fā)出的更燦爛的光芒。”
奧利維爾總結(jié)道：“我參與了第一次探測到來自這顆奇怪星球的不對稱光的工作，從那以后我就一直對其原因感到好奇。我花了一些時間才來到這里，有時我會問自己——‘你為什么堅持這樣做？最好用你的時間做點別的。’但當這一特征出現(xiàn)在數(shù)據(jù)中時，這是一種特殊的感覺——一種并非每天都會發(fā)生的特殊滿足感。”
這項研究發(fā)表在《天文學與天體物理學》雜志上。