詹姆斯·韦伯太空望远镜可能已经解开膨胀的系外行星WASP

汪雨甘捍

根据美国国家航空航天局詹姆斯·韦伯太空望远镜最近收集的数据，以及哈勃和其他太空和地面望远镜之前的观测结果，这位艺术家的概念展示了系外行星WASP-107 b的样子。（图片来源：NASA、ESA、CSA、R.Crawford（STScI））

据美国太空网（Sharmila Kuthunur）：根据詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的最新观测，甲烷储量低得惊人，这可能解释了附近恒星周围的行星是如何变得异常膨胀的。天文学家表示，这一发现表明，行星大气层可以膨胀到惊人的量，而无需使用行星形成的深奥理论。

亚利桑那州立大学的太阳系外行星学家Michael Line在一份声明中说：“韦布的数据告诉我们，像WASP-107 b这样的行星不必以某种奇怪的方式形成一个超大的核心和一个巨大的气体包层。”。“相反，我们可以采取更像海王星的东西，有很多岩石，没有那么多气体，只需调高温度，然后把它调高，看起来像这样。”

WASP-107 b于2017年由广角搜寻行星联盟（WASP）发现，位于室女座，距离地球约200光年，是迄今为止发现的5000多颗系外行星中最轻的一颗。尽管WASP-107 b几乎和木星一样大，但它的重量仅为这颗气态巨星质量的12%，相当于30个地球。就上下文而言，一个木星质量大约等于318个地球质量。研究小组说，这颗行星非常膨胀，其密度可以比作微波棉花糖。

根据之前对WASP-107 b的大小、质量和年龄的观测，天文学家怀疑这颗行星有一个小的岩石核心，被丰富的氢气和氦气包围。然而，这样的场景并不能完全解释这个明显膨胀的球体，尽管它以水星和太阳之间七分之一的距离绕恒星运行，但它没有从恒星获得足够的能量来解释其棉花状的密度。或者，如果行星核心的质量实际上比预期的要大，科学家们表示，随着时间的推移，随着行星的冷却，大气层会缩小，这意味着它会比观测到的更小。

现在，使用JWST的数据，再加上哈勃太空望远镜之前的观测结果，两个独立的天文学家团队可能已经解开了这个谜题。简言之，他们发现地球大气层中的甲烷是世界预期的千分之一。领导这两项新研究之一的马里兰州约翰斯·霍普金斯大学的David Sing在声明中表示，由于甲烷在高温下是不稳定的，天文学家表示，甲烷的低得惊人，这证明来自行星深处的气体“正在与更高的较冷层剧烈混合”。“尽管我们确实检测到了其他含碳分子，但我们检测到的如此之少，这一事实告诉我们，地球内部一定比我们想象的要热得多。”

研究人员表示，额外的热量可能来自WASP-107 b每5.7天绕其恒星一周，其轨道不是一个完美的圆圈。该恒星对WASP-107 b的持续引力拉伸和收缩了行星的轮廓，从而使其升温。在地球上，月球的类似力量会引起高潮和低潮。

JHU的研究生扎法尔·鲁斯塔姆库洛夫是这两项新研究之一的合著者，他在该大学的一份声明中说，这颗行星的热内核与恒星的潮汐加热相结合，也在改变行星深处气体的化学成分。“我们认为，这种热量正在导致气体的化学成分发生变化，特别是破坏甲烷，并产生大量的二氧化碳和一氧化碳。”

2020年，包括Sing在内的一组天文学家在WASP-107 b的大气层中检测到了氦气，这标志着这一发现是首次在系外行星上发现这种气体。该元素于2018年在世界上被初步发现，两年后在那里被证实存在，被视为一团脆弱的云延伸到遥远的太空中。天文学家表示，由于这颗行星的大气层如此遥远，来自WASP-107 b恒星的紫外线辐射正在慢慢地剥夺世界上的空气——更确切地说，大约每十亿年就有大气质量的0.1%到4%，这导致了一条彗星状的尾巴尾随在球体后面。

由于这颗行星极其蓬松的性质，天文学家可以比木星这样的世界深入大气层约50倍。例如，去年，JWST对WASP-107b大气层的观测显示，它在地球上下沙子。

周一（5月20日）发表在《自然》杂志上的两项研究描述了这项研究。