超高溫的系外行星WASP-76 b有一層蒸發的巖石大氣層 _系外行星

藝術家的插圖，熱木星軌道接近其母星。(圖片鳴謝:Nazarii Neshcherenskyi/Getty Images)
據美國太空網（羅伯特·李）：對一些人來說，地球上的熱浪可能令人不舒服，甚至危險，但我們的星球在酷熱的WASP-76 b世界上什么也沒有。
天文學家對這顆太陽系外行星進行了更深入的觀察，這顆行星的溫度飆升至約4350華氏度(2400攝氏度)，足以蒸發鐵。在這個過程中，該團隊確定了地球大氣中的11種化學元素，并測量了它們的豐度。
值得注意的是，在這顆遙遠的行星上探測到的一些巖石形成元素甚至還沒有在太陽系氣態巨行星土星和木星上測量到。
“數百光年之外的系外行星能夠教會我們一些否則可能無法了解我們自己的太陽系的事情，這種情況確實罕見，”團隊負責人、蒙特利爾大學特羅蒂埃系外行星研究所博士Stefan Pelletier在一份聲明中說。“這項研究就是這樣。”
WASP-76 b這顆奇怪的行星位于雙魚座，距離我們大約634光年，它因靠近母星而獲得了令人難以置信的溫度。這顆系外行星被歸類為“超熱木星” ，是一顆巨大的行星，距離其恒星非常近，距離其恒星WASP-76的距離是水星到太陽距離的十二分之一。
這給了WASP-76 b一些其他非凡的特性，WASP-76b需要1.8個地球日繞其恒星一周。雖然這顆行星的質量只有木星的85%左右，但它的寬度幾乎是太陽系氣態巨行星的兩倍，體積大約是它的六倍。這是其恒星的強烈輻射“噴出”地球的結果。
自2013年作為廣角行星搜索(WASP)計劃的一部分被發現以來，WASP-76 b一直是密集研究的對象。這導致了其大氣中幾種元素的分類。最引人注目的是2020年的發現，在潮汐鎖定的行星上，永久面對其恒星的一側蒸發的鐵被吹到相對較冷的“夜側”，永久面對太空并凝結，以鐵雨的形式落下。
受WASP-76 b先前研究的啟發，Pelletier受到啟發，利用位于夏威夷的Gemini North 8米望遠鏡上的MAROON-X高分辨率光學攝譜儀獲得了WASP-76 b的新觀測結果，該望遠鏡是國際雙子座天文臺的一部分。這使得該團隊能夠以前所未有的細節研究超熱木星的組成。
由于WASP-76 b令人難以置信的溫度，通常會在像地球這樣的類地行星上形成巖石的元素，如鎂和鐵，反而被蒸發，并作為氣體潛伏在行星的高層大氣中。

這張插圖顯示了系外行星WASP-76 b的夜間視圖。這顆超熱的巨型系外行星有一個白天，溫度攀升至4350華氏度(2400攝氏度)以上，足以蒸發金屬。強風將鐵蒸汽帶到較冷的夜晚，在那里凝結成鐵滴。在圖像的左側，我們看到了這顆系外行星的傍晚邊界，在那里它從白天過渡到了夜晚。(圖片鳴謝:ESO/M. Kornmesser)
這意味著研究這個世界可以讓天文學家對大行星大氣中形成巖石的元素的存在和豐富程度有無與倫比的了解。這對于像木星這樣較冷的大行星來說是不可能的，因為這些元素位于大氣層的較低位置，使得它們不可能被探測到。
Pelletier和他的同事在研究WASP-76 b的過程中發現，錳、鉻、鎂、釩、鋇和鈣等元素的豐度非常接近，不僅這些元素在它自己的恒星中的豐度如此，在太陽中發現的數量也是如此。
看到的元素豐度不是任意的；它們是數十億年來連續幾代恒星處理氫和氦的結果。一顆恒星產生更重的元素，直到耗盡核聚變的燃料，在超新星爆炸中死亡。這次爆炸將這些元素釋放到宇宙中，它們成為下一顆恒星的基石，這些嬰兒恒星周圍的剩余物質成為原行星盤，顧名思義，它可以孕育行星。這意味著相似年齡的恒星具有相似的成分，具有相同的比氫和氦重的元素豐度，天文學家稱之為“金屬”
因為像我們這樣的類地行星是通過更復雜的過程形成的，然而，它們比它們的恒星有不同的重元素豐度。這項新研究表明WASP-76 b與它的恒星具有相似的成分，這意味著它的成分也與坍塌產生它的原行星盤相似。這可能適用于所有的大行星。

一個藝術家對WASP-76的印象。(圖片鳴謝:弗雷德里克·皮特斯)
然而，并不是所有關于WASP-76 b成分的發現都符合預期。該小組發現Wasp-76 b大氣中的某些元素似乎已經“耗盡” 。
“這些似乎在WASP-76 b大氣中缺失的元素恰恰是那些需要更高溫度才能蒸發的元素，如鈦和鋁， ”Pelletier說。"與此同時，與我們預測相符的元素，如錳、釩或鈣，都在稍低的溫度下蒸發。"
研究小組將這種損耗解釋為氣態巨行星高層大氣成分對溫度敏感的標志。根據一種元素凝結的溫度，它要么以氣體形式存在于高層大氣中，要么由于凝結成液體并沉入低層而消失。在大氣層較低的地方，這種元素不能吸收光線，這使得它特有的“指紋”在觀測中消失了。
“如果得到證實，這一發現將意味著兩顆溫度略有不同的巨大系外行星可能有非常不同的大氣層，”Pelletier解釋說。“有點像兩壺水，一壺在-1攝氏度時是冰凍的，另一壺在+1攝氏度時是液體。例如，在WASP-76 b上觀察到鈣，但在稍冷的星球上可能沒有。”
該團隊對WASP-76 b的大氣有了另一個重要發現；它含有一種叫做氧化釩的化合物。這是第一次在太陽系以外的行星的大氣中發現這種化合物。這一發現將引起天文學家的極大興趣，因為氧化釩會對熾熱的巨行星產生巨大影響。
“這種分子在地球大氣中扮演著與臭氧相似的角色:它在加熱高層大氣方面極其有效， ”Pelletier解釋道。“這導致溫度隨著海拔的升高而升高，而不是像在較冷的行星上通常看到的那樣降低。”
研究小組還發現WASP-76 b周圍的鎳含量高于預期，這可能意味著在其歷史的某個時刻，這顆氣態巨行星吞噬了一個類似于水星的較小的類地世界，富含該元素。
這些發現背后的天文學家將繼續研究這顆系外行星和其他類似的世界，試圖發現溫度如何影響它們的大氣組成。當他們這樣做時，該團隊表示，希望他們學到的一些東西可以應用到離家更近的巨型行星上。
這項研究發表在周三(6月14日)出版的《自然》雜志上的一篇論文中。