當(dāng)然，這并不意味著你應(yīng)該去這顆恒星上尋找發(fā)財(cái)致富的機(jī)會(huì)。你可能已經(jīng)注意到了，WASP-121b 的公轉(zhuǎn)周期只有 30.6 小時(shí)。不巧的是，它的宿主恒星 WASP-121 是一顆 F6 恒星，和太陽(yáng)的 G2 型恒星比較接近。所以，根據(jù)開普勒第三定律，周期越短，軌道半徑越小，WASP-121b 非?？拷拗骱阈恰８鶕?jù)觀測(cè)，它的表面溫度甚至能達(dá)到 3000 多開爾文。WASP-121b 不能讓你發(fā)財(cái)致富，只能讓你一命嗚呼。

凌星法

迄今為止，人類已經(jīng)確認(rèn)了近 5000 個(gè)系外行星，其中有 300 多個(gè)是軌道周期小于 10 天的氣態(tài)行星，天文學(xué)家將其稱為“熱木星”。不過(guò)，就算是在這 300 多個(gè)“熱木星”中，WASP-121b 的環(huán)境也算得上極端，天文學(xué)家甚至打算為它新建一個(gè)“超熱木星”的分類。

天文學(xué)家主要用凌星法尋找系外行星，如果系外行星繞轉(zhuǎn)恒星的平面?zhèn)葘?duì)我們，那么當(dāng)系外行星轉(zhuǎn)到恒星面前時(shí)，就會(huì)擋住一部分星光，造成恒星亮度下降，我們就能發(fā)現(xiàn)那顆系外行星。

當(dāng)行星遮擋恒星時(shí)，恒星發(fā)出的光會(huì)穿透行星大氣層，從而對(duì)恒星光譜產(chǎn)生一定改變，我們由此能分析行星大氣所含的元素種類。德國(guó)馬克斯?普朗克天文研究所的天文學(xué)家托馬斯?米卡爾-埃文斯（Thomas Mikal-Evans）說(shuō)：“盡管發(fā)現(xiàn)了數(shù)千顆系外行星，但由于觀測(cè)的挑戰(zhàn)性，我們只能研究一小部分大氣層?！?strong>WASP-121b 極高的溫度使得它自身的亮度也很高，這讓天文學(xué)家甚至有可能直接研究行星自身發(fā)出的光。

2016 年，一篇發(fā)表在《天體物理學(xué)快報(bào)》上的論文表示，他們?cè)?WASP-121b 的大氣層中發(fā)現(xiàn)了水 —— 當(dāng)然不是以液態(tài)的形式存在。準(zhǔn)確的說(shuō)，天文學(xué)家所用的光譜分析只能讓天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)水分子。不過(guò)，這也已經(jīng)是天文學(xué)家首次在系外行星的大氣層中發(fā)現(xiàn)水了。

極晝極夜

也正是如此短的距離，讓這顆行星上的潮汐效應(yīng)非常強(qiáng)烈。這讓這顆行星進(jìn)入了潮汐鎖定狀態(tài) —— 公轉(zhuǎn)周期和自轉(zhuǎn)周期一致，永遠(yuǎn)只有一面對(duì)向它的宿主恒星。這讓 WASP-121b 上產(chǎn)生了巨大的溫差，晝半球溫 3000 開爾文，而夜半球只有 1500 開爾文。兩個(gè)半球的溫差非常強(qiáng)烈，天文學(xué)家非常想知道這樣極端的環(huán)境會(huì)造成什么樣的影響，但它的夜半球亮度只有晝半球的 1/10 左右，這讓觀測(cè)變得更加困難。

為了獲得兩個(gè)半球的信息，米卡爾-埃文斯團(tuán)隊(duì)用哈勃空間望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)了 WASP-121b“兩年”多 —— WASP-121b 上的兩年多，觀測(cè)大約用了 80 小時(shí)。這也讓天文學(xué)家首次了解到這樣極端的恒星上，大氣是如何運(yùn)轉(zhuǎn)的。相關(guān)論文發(fā)表在《自然?天文學(xué)》上。

在地球上，水分子會(huì)以固、液、氣三態(tài)參與水循環(huán)，而在 WASP-121b 的晝半球，3000 開爾文的水蒸氣甚至可能導(dǎo)致水分子的分解，形成氫原子和氧原子，只有在夜半球，1500 開爾文的“低溫”才能讓它重新“凝結(jié)”成水蒸氣。

恒星的兩個(gè)半球 1500 度的溫差讓整個(gè)行星上存在永久的壓力差，會(huì)產(chǎn)生繞整個(gè)行星運(yùn)轉(zhuǎn)的極端的西風(fēng)。麻省理工學(xué)院的天體物理學(xué)家德蘭?坦蘇（Tansu Daylan）說(shuō)：“WASP-121b 上的風(fēng)比我們地球上的風(fēng)快得多，可能在 20 小時(shí)內(nèi)席卷整個(gè)星球?！?/p>

作為被研究最為透徹的系外行星，天文學(xué)家在它的大氣層中發(fā)現(xiàn)了釩、鐵、鉻、鈣、鈉、鎂、鎳、鋁和鈦。不過(guò)，在夜半球的大氣中，鋁和鈦消失了。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，在夜半球，鋁和鈦已經(jīng)被帶入了行星大氣層的深處。鋁元素很容易和氧元素結(jié)合形成氧化鋁。鑒于 WASP-121b 大氣層中含有多種金屬元素，這些氧化鋁很有可能帶有釩、鐵、鉻或鈦“雜質(zhì)”，而這正是紅寶石、藍(lán)寶石形成的條件。

這意味著，在 WASP-121b 的夜半球，很有可能正在下著寶石雨 —— 或者說(shuō)，寶石“冰雹”，畢竟僅需 20 個(gè)小時(shí)就能席卷整顆行星的狂風(fēng)和 1500 開爾文的高溫會(huì)讓你根本沒有心思去那里“發(fā)家致富”。

不過(guò)，對(duì)研究人員而言，他們更希望找到一氧化碳。一氧化碳是星云中除氫氣外最常見的分子，由于分子不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，它更容易被觀測(cè)到，天文學(xué)家常常用它來(lái)研究恒星是如何形成的。米卡爾-埃文斯期待用詹姆斯?韋布空間望遠(yuǎn)鏡尋找 WASP-121b 上一氧化碳的蹤跡，他表示：“碳和氧在大氣層中的豐度將會(huì)為我們提供這類行星形成過(guò)程的線索?！?/p>

參考鏈接：

• https://www.nature.com/articles/s41550-021-01592-w

• http://www.mpia.de/news/science/2022-05-wasp121b

• https://www.eurekalert.org/news-releases/943920

• https://news.berkeley.edu/2020/05/26/astronomers-create-cloud-atlas-for-hot-jupiter-like-exoplanets/

• https://www.sciencealert.com/the-atmosphere-of-one-of-the-hottest-exoplanets-in-the-galaxy-is-full-of-metal

• https://www.sciencealert.com/a-wild-laboratory-experiment-supports-diamond-rain-on-neptune-and-uranus

• https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8205/822/1/L4/pdf

本文來(lái)自微信公眾號(hào)：環(huán)球科學(xué) （ID：huanqiukexue），撰文：王昱，審校：白德凡

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