超高温的系外行星WASP-76 b有一层蒸发的岩石大气层 _系外行星

艺术家的插图，热木星轨道接近其母星。(图片鸣谢:Nazarii Neshcherenskyi/Getty Images)
据美国太空网（罗伯特·李）：对一些人来说，地球上的热浪可能令人不舒服，甚至危险，但我们的星球在酷热的WASP-76 b世界上什么也没有。
天文学家对这颗太阳系外行星进行了更深入的观察，这颗行星的温度飙升至约4350华氏度(2400摄氏度)，足以蒸发铁。在这个过程中，该团队确定了地球大气中的11种化学元素，并测量了它们的丰度。
值得注意的是，在这颗遥远的行星上探测到的一些岩石形成元素甚至还没有在太阳系气态巨行星土星和木星上测量到。
“数百光年之外的系外行星能够教会我们一些否则可能无法了解我们自己的太阳系的事情，这种情况确实罕见，”团队负责人、蒙特利尔大学特罗蒂埃系外行星研究所博士Stefan Pelletier在一份声明中说。“这项研究就是这样。”
WASP-76 b这颗奇怪的行星位于双鱼座，距离我们大约634光年，它因靠近母星而获得了令人难以置信的温度。这颗系外行星被归类为“超热木星” ，是一颗巨大的行星，距离其恒星非常近，距离其恒星WASP-76的距离是水星到太阳距离的十二分之一。
这给了WASP-76 b一些其他非凡的特性，WASP-76b需要1.8个地球日绕其恒星一周。虽然这颗行星的质量只有木星的85%左右，但它的宽度几乎是太阳系气态巨行星的两倍，体积大约是它的六倍。这是其恒星的强烈辐射“喷出”地球的结果。
自2013年作为广角行星搜索(WASP)计划的一部分被发现以来，WASP-76 b一直是密集研究的对象。这导致了其大气中几种元素的分类。最引人注目的是2020年的发现，在潮汐锁定的行星上，永久面对其恒星的一侧蒸发的铁被吹到相对较冷的“夜侧”，永久面对太空并凝结，以铁雨的形式落下。
受WASP-76 b先前研究的启发，Pelletier受到启发，利用位于夏威夷的Gemini North 8米望远镜上的MAROON-X高分辨率光学摄谱仪获得了WASP-76 b的新观测结果，该望远镜是国际双子座天文台的一部分。这使得该团队能够以前所未有的细节研究超热木星的组成。
由于WASP-76 b令人难以置信的温度，通常会在像地球这样的类地行星上形成岩石的元素，如镁和铁，反而被蒸发，并作为气体潜伏在行星的高层大气中。

这张插图显示了系外行星WASP-76 b的夜间视图。这颗超热的巨型系外行星有一个白天，温度攀升至4350华氏度(2400摄氏度)以上，足以蒸发金属。强风将铁蒸汽带到较冷的夜晚，在那里凝结成铁滴。在图像的左侧，我们看到了这颗系外行星的傍晚边界，在那里它从白天过渡到了夜晚。(图片鸣谢:ESO/M. Kornmesser)
这意味着研究这个世界可以让天文学家对大行星大气中形成岩石的元素的存在和丰富程度有无与伦比的了解。这对于像木星这样较冷的大行星来说是不可能的，因为这些元素位于大气层的较低位置，使得它们不可能被探测到。
Pelletier和他的同事在研究WASP-76 b的过程中发现，锰、铬、镁、钒、钡和钙等元素的丰度非常接近，不仅这些元素在它自己的恒星中的丰度如此，在太阳中发现的数量也是如此。
看到的元素丰度不是任意的；它们是数十亿年来连续几代恒星处理氢和氦的结果。一颗恒星产生更重的元素，直到耗尽核聚变的燃料，在超新星爆炸中死亡。这次爆炸将这些元素释放到宇宙中，它们成为下一颗恒星的基石，这些婴儿恒星周围的剩余物质成为原行星盘，顾名思义，它可以孕育行星。这意味着相似年龄的恒星具有相似的成分，具有相同的比氢和氦重的元素丰度，天文学家称之为“金属”
因为像我们这样的类地行星是通过更复杂的过程形成的，然而，它们比它们的恒星有不同的重元素丰度。这项新研究表明WASP-76 b与它的恒星具有相似的成分，这意味着它的成分也与坍塌产生它的原行星盘相似。这可能适用于所有的大行星。

一个艺术家对WASP-76的印象。(图片鸣谢:弗雷德里克·皮特斯)
然而，并不是所有关于WASP-76 b成分的发现都符合预期。该小组发现Wasp-76 b大气中的某些元素似乎已经“耗尽” 。
“这些似乎在WASP-76 b大气中缺失的元素恰恰是那些需要更高温度才能蒸发的元素，如钛和铝， ”Pelletier说。"与此同时，与我们预测相符的元素，如锰、钒或钙，都在稍低的温度下蒸发。"
研究小组将这种损耗解释为气态巨行星高层大气成分对温度敏感的标志。根据一种元素凝结的温度，它要么以气体形式存在于高层大气中，要么由于凝结成液体并沉入低层而消失。在大气层较低的地方，这种元素不能吸收光线，这使得它特有的“指纹”在观测中消失了。
“如果得到证实，这一发现将意味着两颗温度略有不同的巨大系外行星可能有非常不同的大气层，”Pelletier解释说。“有点像两壶水，一壶在-1摄氏度时是冰冻的，另一壶在+1摄氏度时是液体。例如，在WASP-76 b上观察到钙，但在稍冷的星球上可能没有。”
该团队对WASP-76 b的大气有了另一个重要发现；它含有一种叫做氧化钒的化合物。这是第一次在太阳系以外的行星的大气中发现这种化合物。这一发现将引起天文学家的极大兴趣，因为氧化钒会对炽热的巨行星产生巨大影响。
“这种分子在地球大气中扮演着与臭氧相似的角色:它在加热高层大气方面极其有效， ”Pelletier解释道。“这导致温度随着海拔的升高而升高，而不是像在较冷的行星上通常看到的那样降低。”
研究小组还发现WASP-76 b周围的镍含量高于预期，这可能意味着在其历史的某个时刻，这颗气态巨行星吞噬了一个类似于水星的较小的类地世界，富含该元素。
这些发现背后的天文学家将继续研究这颗系外行星和其他类似的世界，试图发现温度如何影响它们的大气组成。当他们这样做时，该团队表示，希望他们学到的一些东西可以应用到离家更近的巨型行星上。
这项研究发表在周三(6月14日)出版的《自然》杂志上的一篇论文中。