這幅藝術插圖展示了一個正在從大氣中失去氣態鎂和氣態鐵的外星世界。這些觀測結果代表着所謂的“重金屬”——比氫和氦更重的元素——首次被探測到正從一顆熱木星上逃逸出來。這是一顆巨大的氣態系外行星，正以非常近的距離繞行其主恆星。這顆被稱爲WASP-121b的行星圍繞着一顆比太陽更亮、更熱的恆星運行。這顆行星極其危險地近距離繞行主恆星，以至於高層大氣溫度高達4600華氏度（約2538攝氏度）。來自寄主星的紫外線洪流正在加熱這顆行星的高層大氣，導致氣態鎂和氣態鐵逃逸到太空中。哈勃太空望遠鏡成像攝譜儀的觀測結果顯示出鎂元素和鐵元素遠離這顆行星的光譜特徵。這顆行星與其恆星的比肩之距，意味着它正處於被恆星引力潮汐力撕裂的邊緣，強大的引力改變了這顆行星的形狀，使它看起來更像一隻足球。WASP-121系統距離地球約900光年。

資料來源:美國航天局(NASA)、歐洲空間局(ESA)和J.Olmsted(STScI)

一個星球怎麼能“熱上加熱”？答案是因爲此時重金屬沒有凝結成雲，而是被探測到從行星大氣中逸出。

美國航天局哈勃太空望遠鏡的觀測結果揭露，含有氣態鎂和氣態鐵正從這個被稱爲WASP-121b的奇怪系外世界中湧出。這些觀測代表着天文學家首次發現這些所謂的“重金屬”——比氫和氦更重的元素——從一顆熱木星中逃逸出來，這是一顆巨大的氣態系外行星，距離它的恆星非常近。

正常情況下，木星般大小的熱行星內部的溫度仍然足夠低，可以將鎂和鐵等較重的元素凝結成雲。

但WASP-121b並非如此，它與其主星間的咫尺之距使其上層大氣溫度高達4600華氏度(約2538攝氏度)。WASP-121系統距離地球約900光年。

馬里蘭州巴爾的摩市約翰•霍普金斯大學的首席研究員David Sing解釋說:“以前在其他熱木星上也發現過重金屬，但只限於低層大氣。”“所以你不知道他們是否在逃出大氣。在WASP-121b上，我們看到氣態鎂和氣態鐵離行星足夠遠，它們沒有被引力束縛。”

由這顆比太陽更亮更熱的主恆星發出的紫外線加熱了行星高層大氣，從而導致了氣體逃逸。此外，Sing說，逸出的氣態鎂和氣態鐵也可能導致溫度飆升。他解釋說:“這些金屬會令大氣在紫外線照射下變得更加不透明，可能使得高層大氣升溫。”

這顆炙熱的行星距離它的主星極其之近，因此它正處於被恆星引力撕裂的邊緣。二者比肩之距意味着這顆行星形如足球是引力潮汐力的作用。

我們選擇這顆行星是因爲它太極端了，”Sing說。“我們認爲我們有機會看到更重的元素逃逸。它很熱，很容易觀察，這是發現重金屬存在的最好機會。我們最初主要是在尋找鎂元素，但在其他系外行星的大氣層中也曾發現過鐵元素的痕跡。然而，出乎意料的是，從數據中如此清晰地看到重金屬存在於在離行星如此之遠且海拔如此之高的地方。重金屬正在逃逸，部分原因是由於這顆行星又大又蓬鬆，所以重力相對較弱。這是一顆正在積極脫離大氣層的行星。”

研究人員利用天文臺的太空望遠鏡成像攝譜儀，在紫外線波段尋找WASP-121b行星經過其主星表面或凌日時，主星星光被行星大氣過濾後印上的鎂和鐵的光譜特徵。

這顆系外行星也是NASA即將推出的詹姆斯•韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope)的完美目標，該望遠鏡將利用紅外線尋找水和二氧化碳，水和二氧化碳可以在更長、更紅的波段下被探測到。哈勃望遠鏡和韋伯望遠鏡的結合將給天文學家提供一個更完整的行星大氣化學組成的元素清單。

對WASP-121b的研究是全色系外行星比較庫(PanCET)調查的一部分，該調查用哈勃觀測20顆系外行星，大小不等，從超級地球（質量是地球的數倍）到類木行星（質量超過地球100倍），這是首次大規模在紫外線、可見光和紅外線波段對這些遙遠世界進行的對比研究。

對WASP-121b的觀測給行星如何失去其原始大氣的發展提供了新的線索。當行星形成時，它們匯聚而成的大氣層裏包含着行星和恆星誕生時的盤內氣體。這些大氣主要由原始的、較輕的氫氣和氦氣組成，它們是宇宙中最豐富的元素。當一顆行星靠近其恆星時，大氣就會消散。

"辛說:“這些熱木星主要由氫元素構成，而哈勃對氫的探測非常敏銳，所以我們知道這些行星相對容易失去氣體。”“但WASP-121b並非如此，氫氣和氦氣卷挾着這些金屬，如同流水般不斷溢出。這是一種非常有效的質量損失機制。”

這項研究結果將發表在今天《天文學報》的網站上。

哈勃太空望遠鏡是美國航天局和歐洲空間局合作的一個國際項目，美國航天局位於馬里蘭州格林貝爾特的戈達德航天中心負責管理該望遠鏡，位於馬里蘭州巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所(STScI)負責哈勃的科學運作。空間望遠鏡研究所是美國航天局旗下由位於華盛頓特區的大學天文研究聯合組織管理運作的。

作者:Claire Andreoli, Donna Weaver / Ray Villard, David Sing

最後更新:8月2日, 2019 編輯:Rob Garner

翻譯：Lark 校對：玉衡

來源

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/hubble-uncovers-a-heavy-metal-exoplanet-shaped-like-a-football

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