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今日天气预报:部分多云的“超热海王星”

利用詹姆斯·韦伯太空望远镜,天文学家们正在研究系外行星LTT 9779 b的极端天气模式和大气特征。新的JWST观测结果显示,NIRISS揭示了一个动态的大气:强大的风在行星周围肆虐,形成矿物云,当它们凝结成亮白色的弧线时,这些弧线位于稍微凉爽的白天侧西侧。随着这些云向东移动,它们在强烈的热量下蒸发,使得东侧白天的天空晴朗。

LTT 9779 b的奇特大气,这是一种罕见的“超热海王星”,得益于来自蒙特利尔大学系外行星研究特罗梯尔研究所(IREx)的研究生路易-菲利普·库隆布主导的詹姆斯·韦伯太空望远镜观测。

今天发表在自然天文学上的库隆布及其团队的观测结果,提供了关于这一迷人系外行星的极端天气模式和大气特征的新见解。

LTT 9779 b绕其母星公转的周期不到一天,白天侧的温度高达近2000°C。该行星是潮汐锁定的(类似于地球的月球),这意味着一侧始终面向其恒星,而另一侧则处于永恒的黑暗中。

尽管存在这些极端条件,库隆布团队发现,该系外行星的白天侧在其较凉爽的西半球上有反射云,与较热的东侧形成鲜明对比。

“这个行星提供了一个独特的实验室,以理解云和热量转移在高度辐射世界大气中的相互作用,”库隆布说。

白天侧的不对称性

利用詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST),他的团队发现了行星白天侧反射率的不对称性。他们提出,热量和云的分布不均是由强大的东风驱动,这些风在行星周围转移热量。

这些发现有助于优化模型,描述热量如何在行星间转移以及在系外行星大气中如何形成云,从而也缩小了理论与观测之间的差距。

研究团队通过分析行星散发的热量和从恒星反射的光,详细研究了大气。为了建立更清晰的图像,他们在行星公转的多个位置观察该行星,并分析每个阶段的特性。

他们发现云由硅酸盐矿物等材料组成,这些矿物在行星白天侧的稍凉爽的西侧形成。这些反射云有助于解释为什么该行星在可见波长下如此明亮,反射回大部分恒星的光线。

通过结合这些反射光和热量发射,团队能够构建出行星大气的详细模型。他们的发现揭示了恒星的强烈热量与行星重新分配能量能力之间的微妙平衡。

该研究还探测到了大气中的水蒸气,为了解行星的成分及其极端环境的主宰过程提供了重要线索。

“通过详细建模LTT 9779 b的大气,我们开始解锁推动其外星天气模式的过程,”库隆布的研究顾问,蒙特利尔大学天文学教授、该研究的共同作者比约恩·贝内克说。

令人难以置信的强大望远镜

通过这项研究,JWST再次展示了其惊人的能力,使科学家能够以前所未有的细节研究LTT 9779 b的大气。

其加拿大仪器,近红外成像仪和无缝光谱仪(NIRISS),观察该行星近22小时。数据捕捉了该行星绕其恒星的完整轨道,包括两个次要日食(行星在其恒星后面经过时)和一次主要过境(行星在其恒星前面经过时)。

对于像LTT 9779 b这样的系外行星,由于其被潮汐锁定在恒星附近,观测到的光的数量和类型会随着行星的旋转而变化,显示出其表面的不同部分。白天侧因强烈加热而反射和发射更多光,而较凉爽的夜间侧则发出较少的光。通过在不同相位捕捉光谱,研究人员可以绘制行星表面温度、成分甚至云覆盖的变化。

迈克尔·拉迪卡,前蒙特利尔大学博士生,现在是芝加哥大学的博士后研究员,是本研究的第二作者。今年早些时候,他发表了对行星过境期间光谱的详细分析。他指出:“令人惊讶的是,两种类型的分析都呈现出行星大气的如此清晰而一致的图像。”

该研究是NEAT(NIRISS对过境系外行星大气多样性的探索)保证时间观测计划的一部分,由IREx的戴维·拉弗尼埃,蒙特利尔大学的天体物理学教授领导。

该研究突显了JWST在广泛波长范围内观察系外行星的能力的重要性,使科学家能够解开反射光和热发射的贡献,他说。

“这正是JWST设计以推动的突破性工作。”

罕见的热海王星

LTT 9779 b位于“热海王星沙漠”,那里已知存在极少数这样的行星。虽然非常靠近其母星的巨型行星——通常被称为“热木星”——利用当前的系外行星发现方法得以普遍探测,但像LTT 9779 b这样的超热海王星仍然相当罕见。

库隆布说:“发现一颗如此大小且如此接近其母星的行星,就像是在火中找到一团没有融化的雪球一样。” “这证明了行星系统的多样性,并提供了一个窗口,了解行星如何在极端条件下演变。”

这个罕见的行星系统继续挑战科学家对行星如何形成、迁移以及在无情的恒星力量面前如何维持生存的理解。LTT 9779 b的反射云和高金属度也可能为我们对极端环境下大气如何演变提供新的见解。

LTT 9779 b是探索这些问题的显著实验室,为我们提供了对塑造银河系中行星系统架构的更广泛过程的见解,库隆布表示。

“这些发现为我们理解较小气态巨行星的气候动态提供了新的视角。这只是JWST将揭示的关于这些迷人世界的开始。”