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

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

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。CCBY-SA3.0IGO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（MatthewStanding）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/ATGmedialab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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1429913.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1429913.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

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

韦伯望远镜揭示意想不到的系外行星55 Cancri e的大气层

韦伯望远镜揭示意想不到的系外行星55Cancrie的大气层这幅艺术家的概念图展示了系外行星55Cancrie的模样。巨蟹座55号也被称为"杨森"，是一颗所谓的超级地球，是一颗比地球大得多但比海王星小得多的岩质行星，它绕恒星运行的距离只有140万英里（0.015个天文单位），不到18个小时就能完成一个完整的轨道运行（水星距离太阳的距离是巨蟹座55号的25倍）。(水星距太阳的距离是巨蟹座55号距其恒星距离的25倍）该系统还包括四颗大型气体巨行星，位于巨蟹座，距地球约41光年。资料来源：NASA、ESA、CSA、拉尔夫-克劳福德（STScI）巨蟹座55是围绕巨蟹座中一颗类太阳恒星运行的五颗已知行星之一。这颗行星的直径几乎是地球的两倍，密度稍大，被归类为超级地球：比地球大，比海王星小，成分与太阳系中的岩石行星相似。伯尔尼大学空间与宜居性研究中心（CSH）的Brice-OlivierDemory是NCCRPlanetS的成员，也是这项刚刚发表在《自然》杂志上的研究的共同作者。他说："巨蟹座55是最神秘的系外行星之一。尽管在过去的十年中，我们利用十几个地面和太空设施获得了大量的观测时间，但它的本质仍然难以捉摸，直到今天，詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）终于可以拼凑出部分谜题。"出乎意料的是，这些观测结果表明，一颗高温、高辐照度的岩质行星有可能维持气态大气，这预示着JWST有能力描述围绕类太阳恒星运行的温度较低、可能适宜居住的岩质行星的特征。来自美国宇航局喷气推进实验室（JPL）的胡仁宇带领团队在《自然》杂志上发表了他们的研究成果。他说："JWST确实将系外行星特征描述的前沿推向了岩质系外行星。"它真正实现了一种新型科学"。CHEOPS的艺术印象。图片来源：ESA/ATGmedialabDemory是胡在麻省理工学院（MIT）时的同事之一，胡邀请他参加研究项目。Demory从职业生涯一开始就一直在研究巨蟹座55："作为麻省理工学院的博士后，我领导发现了55Cancrie的首次凌日，2016年，我的团队发表了第一张岩石系外行星的地图，这就是55Cancrie。"2016年的研究结果已经暗示了巨蟹座55附近可能存在大气层。在本次研究中，Demory对JWST数据集进行了独立分析。他解释说"JWST在红外波段对这一图景进行了补充，显示出超级地球55Cancrie周围可能存在大气层，其成分与一氧化碳或二氧化碳一致"。超热的超级地球，仍然比预期的更冷虽然巨蟹座55e的成分与太阳系中的岩石行星相似，但将其描述为"岩石"可能会给人留下错误的印象。这颗行星的轨道离它的恒星如此之近（一个完整的轨道持续18个小时，而我们的地球则是365天），因此它的表面一定是熔融的--一个深邃的、冒着气泡的岩浆海洋。在如此紧密的轨道上，这颗行星也很可能被潮汐锁定，白天始终面向恒星，而夜晚则永远处于黑暗之中。胡解释说："这颗行星温度很高，一些熔岩应该会蒸发掉。"虽然JWST无法捕捉到巨蟹座55的直接图像，但它可以测量该行星绕恒星运行时来自该系统的光线的微妙变化。研究小组利用JWST的NIRCam（近红外相机）和MIRI（中红外仪器）测量了来自该行星的红外光。通过将行星位于恒星后方的二次日食期间的亮度（仅恒星光）减去行星位于恒星旁边时的亮度（恒星和行星发出的光总和），研究小组能够同时计算出来自行星日侧多个波长的红外光量。根据热辐射或以红外光形式散发的热能进行的温度测量，首次显示出坎昆里55号可能有大量大气层。如果这颗行星被黑暗的熔岩覆盖，只有一层薄薄的蒸发岩层，或者根本没有大气层，那么它的日面温度应该在2200摄氏度左右。胡仁宇说："相反，MIRI数据显示的温度相对较低，约为1500摄氏度。这非常有力地表明，能量正在从白天向夜晚分布，很可能是通过富含挥发性物质的大气层。虽然熔岩流可以将一些热量带到夜侧，但它们无法有效地将热量转移到夜侧，因此无法解释冷却效应。事实上，即使热量在地球上均匀分布，白天看起来也要比白天低几百度。如果地表发出的部分红外光被大气层吸收，永远无法到达望远镜，那么这种情况就说得通了。"气泡岩浆海洋研究小组认为，覆盖在巨蟹座55上的气体是从内部冒出来的。由于恒星的高温和强烈辐射，原生大气早已消失。这将是由岩浆海洋不断补充的次级大气。岩浆不仅仅是晶体和液态岩石，其中还有大量溶解气体。虽然巨蟹座55太热，不适合居住，但它可以为研究岩质行星的大气、表面和内部之间的相互作用提供一个独特的窗口，或许还能为早期的地球、金星和火星提供启示，因为人们认为它们在很久以前就已经被岩浆海洋所覆盖。归根结底，我们希望了解是什么条件使岩质行星能够维持富含气体的大气层：这是宜居行星的关键要素。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1433419.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1433419.htm