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神秘的“金屬戰神”系外行星HD 149026 b大氣中發現水的證據

系外行星


神秘的“金屬戰神”系外行星HD 149026 b大氣中發現水的證據


Smertrios行星圍繞其黃矮星運行，周圍環繞著一個藍色光環，代表其大氣中的水（圖片來源：Robert Lea（與Canva共同創建））
據美國太空網（Robert Lea）：天文學家可能已經在一顆熾熱的行星的大氣層中發現了水的存在 ， 這顆行星也是有史以來發現的最“金屬”世界之一 。這顆行星的形成仍然是一個謎 ， 可以通過這一發現來解決 。
所討論的太陽系外行星或“系外行星”是HD 149026 b，也被稱為“Smertrios”，意思是“Purveyor”或“提供者”，在蓋爾傳統中被尊為戰神 。Smertrios圍繞一顆名為HD 149026的黃色亞巨星運行 ， 該恒星距離地球約247光年 。
這顆行星距離其母恒星約400萬英里，在不到三個地球日的時間內完成一個軌道 。斯默特里奧斯的寬度約為木星的四分之三，被歸類為“熱土星”，這是一類以太陽系較小的氣態巨星命名的行星 。
Smertrios與其恒星的接近意味著它在潮汐上被一個永久的日側鎖定，該日側始終面向其主星，那里的溫度高達2600華氏度（1420攝氏度） 。相對涼爽的夜晚總是面向太空 。但是，Smertrios的密度和組成，是2005年它穿過或“穿越”恒星表面時發現的 ， 這才是真正讓它變得奇怪的地方 。
“熱土星是一種被稱為‘熱氣體巨星’的系外行星 。熱氣體巨星是指大小與木星或土星相似，但繞其主星運行距離極近的系外星球 。通常，它們的軌道周期不到十天 ， 這意味著這些行星上的一年可能不到一周！”該發現背后的團隊成員、東京大學天文學研究員賽義德·阿里·拉菲告訴Space.com ?！斑@顆行星特別有趣，因為它是迄今為止我們所知的金屬最豐富、密度最大的氣體巨星之一 ?！?br>當像阿里·拉菲這樣的天文學家提到“金屬”時 ， 它們是比氫和氦重的元素 。當詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）在2023年觀測斯默特里奧斯時，這臺強大的太空望遠鏡發現，這顆行星的金屬豐度，即金屬與氫的比例，遠高于大多數熱土星和更大的熱木星 。斯默特里奧斯的這一比例也比太陽系巨星木星和土星大得多 。
金屬通常被認為與氣態巨行星的質量成反比 。這意味著一個天然氣巨頭越大，它應該擁有的金屬就越少 。斯默特里奧斯無視這一趨勢 。這顆行星還被發現有一個異常大的固體核心，這就是為什么它的密度如此之高 。
阿里·拉菲說：“這顆行星的組成似乎與我們目前對熱氣巨星的形成方案不符，直到今天，這仍然是一個謎 。” ?！斑@表明了觀測行星大氣層的重要性，因為它可以通過其大氣特性（如金屬量和碳氧比）幫助揭示行星的形成歷史 。”
斯默特里奧斯的風向是怎樣的？
為了研究Smertrios的奇怪大氣，并希望發現為什么這顆行星如此“金屬”，Ali Rafi和他的同事轉向了西班牙卡拉爾阿托天文臺的CARMENES光譜儀 。
元素和化學分子吸收和發射特征波長的光 。當像Smertrios這樣的行星經過其恒星表面時，其大氣層中的元素會在過濾后的星光中留下“指紋” ?？ㄩT可以讀取這些指紋，告訴天文學家大氣層是由什么組成的 。
用CARMENES對Smertrios的調查揭示了水蒸氣的指紋 。這有助于更好地限制地球大氣層中其他元素的豐度 。
Ali Rafi解釋說，假設Smertrios等熱氣巨星的大氣中元素氧比元素碳更豐富，這意味著水和一氧化碳是可以解釋該大氣性質的兩種最豐富的“示蹤劑”物種 。
“因此，如果我們能限制這兩種分子的豐度，我們就能限制大氣中的碳氧比，這非常重要，因為它可以作為HD 149026 b等氣態巨行星形成和演化歷史的一種示蹤劑特征，”Ali Rafi補充道 ?！霸诖髿庵袑ふ宜沁@種表征的第一步，因此它很重要 ?！?br>
神秘的“金屬戰神”系外行星HD 149026 b大氣中發現水的證據


斯默特里奧斯（中）海王星（左）和木星（右）的大小比較（圖片來源：Robert Lea（與Canva共同創建））
然而，這并不是團隊對Smertrios的全部發現 。這顆熾熱的土星行星給研究人員帶來了相當大的驚喜 。
通常，在潮汐鎖定的熱氣巨星上，炎熱的白天和較冷的夜晚之間的巨大溫差會產生極快的大氣風 ， 速度可達5000英里/小時（8046公里/小時） 。
這些風通常從這些行星的白天吹到夜晚，因為大多數其他行星上的風從高溫區域移動到低溫區域 。然而 ， 斯默特里奧斯的風似乎正朝著相反的方向吹，從地球的夜晚到白天 。
阿里·拉菲解釋說：“因為我們在行星凌日時看到了它，吹向夜晚的風意味著它們吹向觀察者的方向，這將導致行星吸收光譜藍移 ?！??！叭欢?nbsp;， 我們發現它發生了紅移，這對我們來說是一個很大的驚喜 。我們可以想到幾種可能解釋事實的情況 ， 即實際上可能有風從夜晚吹到白天 ?！?br>阿里·拉菲解釋說，一種可能性是，這些風可能發生在深層大氣中，導致光譜紅移 。研究人員補充說，另一種可能性是Smertrios的軌道不是圓形的 ， 而是扁平的或“偏心的”，這可能會導致團隊沒有考慮的光譜發生變化 。
阿里·拉菲補充道：“我們需要額外的觀察來證實這些情況，甚至是否有其他替代方案 。” 。
天文學家現在將繼續研究這個奇怪的熱土星，以確認水蒸氣的探測 。
阿里·拉菲總結道：“需要更多關于這顆行星的凌日觀測數據來跟進我們的結果 。我們現在正在努力確認水的證據 ， 尋找其他大氣物種，并限制它們的豐度，以更精確地估算金屬豐度和碳氧比 ?！??！跋Ｍ@能幫助我們闡明Smertrios的形成和進化歷史！”
該團隊研究的同行評審前版本發表在論文庫網站arXiv上 。