JWST 测量“炽热的木星”,一颗足够热以锻造铁的遥远系外行星

WASP-43b 被炽热的温度和超音速的风统治着。
Artist rendering of exoplanet WASP-43b
这幅艺术概念图展示了炙热的气态巨行星系外行星 WASP-43 b 可能的样子。这颗行星大约在 280 光年外,大小与木星相当,它以约 130 万英里的距离绕其恒星运行,每约 19.5 小时完成一次轨道。 图片来源:NASA、ESA、CSA

NASA 的 詹姆斯·韦伯太空望远镜 不仅拍摄了一些我们宇宙中最详细的图像,它还帮助一个国际天文学家团队测定地球数万亿英里外行星的天气。它最新的研究对象 WASP-43b,似乎与其极其金属感的名字相符。

天文学家在 2011 年就发现了 WASP-43b,但最初只能使用 哈勃 和现已退役的 斯皮策 太空望远镜来评估其一些潜在条件。不过,很明显这颗气态巨行星是一个“烤箱”。根据他们的测量,这颗行星距离其恒星仅 130 万英里。相比之下,这甚至不到水星到太阳距离的 1/25。WASP-43b 还处于潮汐锁定的轨道,这意味着它的一侧始终朝向其恒星,而另一侧则一直笼罩在黑暗中。

Chart of WASP-43b phase curve from low-resolution spectroscopy
NASA 韦伯望远镜上的中红外仪器(MIRI)数据显示了 WASP-43 恒星和行星系统的亮度变化。当行星的白天一侧朝向望远镜时,系统看起来最亮,而当行星的夜晚一侧旋转到视野中时,亮度会变暗图片来源:Taylor J. Bell(BAERI);Joanna Barstow(开放大学);Michael Roman(莱斯特大学)平面设计:NASA、ESA、CSA、Ralf Crawford(STScI)

但由于距离 280 光年远,并且几乎正面对着它的恒星,WASP-43b 很难通过望远镜清晰地看到。为了看得更清楚,专家们启用了 JWST 的 中红外仪器(MIRI),在超过 24 小内每 10 秒测量一次 WASP-43 系统发出的亮度极小的波动。

“通过观测整个轨道,我们能够计算出当行星不同侧面旋转进入视野时的温度。由此,我们可以绘制出行星表面的粗略温度图,”Bay Area Environmental Research Institute 的研究员、昨天发表在 《自然-天文学》 杂志上的一项研究的主要作者 Taylor Bell 在 周二的公告 中说。

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其中一些温度高到足以锻造铁,WASP-43b 的白天平均温度接近 2,300 华氏度。尽管夜晚的温度为 1,100 华氏度,但仍比铝的熔点低约 120 度。

MIRI 的宽光谱中红外光数据,加上其他望远镜的读数和 3D 气候模型,还使天文学家能够测量行星周围的水蒸气含量。利用这些信息,研究团队能够更好地计算 WASP-43b 的云的特性,包括它们的厚度和高度。

Temperature map diagram for WASP-43b
这组地图显示了炙热的气态巨行星系外行星 WASP-43 b 在围绕其恒星运行时可见一侧的温度。这些温度是根据韦伯望远镜的 MIRI(中红外仪器)进行的 8,000 多次亮度测量计算得出的。图片来源:科学:Taylor J. Bell(BAERI);Joanna Barstow(开放大学);Michael Roman(莱斯特大学)平面设计:NASA、ESA、CSA、Ralf Crawford(STScI)

光线数据还揭示了这颗气态巨行星大气状况的一个惊人之处——完全没有甲烷,尽管天文学家之前曾推测,至少在夜晚可能能探测到甲烷。这一事实意味着,平均每小时 5,000 英里的赤道风必须在 WASP-43b 上肆虐,其速度足以阻止产生可探测甲烷水平所需的化学反应。

“通过哈勃,我们清楚地看到白天有水蒸气。哈勃和斯皮策都暗示夜晚可能存在云,”Bell 在 周二 说。“但我们需要韦伯更精确的测量,才能真正开始绘制整个行星的温度、云层、风以及更详细的大气成分。”

 

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