暗面比亮面暗淡約10倍 熱木星黑暗面神秘面紗首次揭示

據21日發表在《自然·天文學》雜志上的論文，美國麻省理工學院的天文學家獲得了一張與恒星“潮汐鎖定”的系外行星的永久黑暗面迄今為止最清晰的圖像。這顆行星是熱木星“WASP-121b”，它是一顆幾乎是木星大小兩倍的巨大氣體巨星。他們的觀測和對行星的測量，提供了系外行星全球大氣的第一個詳細視圖。

WASP-121b于2015年被發現，圍繞著一顆距離地球約850光年的恒星運行。這顆行星的軌道是迄今為止探測到的最短的軌道之一，僅需30小時就能繞恒星一周。它處于潮汐鎖定狀態，這意味著它的一側總是面向恒星，溫度極高;而另一側總是黑暗的。研究人員表示，WASP-121b的暗面比亮面暗淡約10倍。

天文學家之前探測到了水蒸氣，在新研究中，研究人員使用哈勃太空望遠鏡上的光譜相機捕捉到了一幅更詳細的圖景。

在地球上，水的循環方式是先蒸發，然后凝結成云，再形成降雨。而在WASP-121b上，水循環要強烈得多。在白天，組成水的原子在超過3000開爾文的溫度下被撕裂。這些原子被吹到暗面，在那里，較低的溫度會使氫原子和氧原子重新結合成水分子，并再次被吹回亮面，于是循環再次開始。

該研究小組計算出，這顆熱木星的水循環是由風以高達每秒5公里的速度“撕裂”行星上的原子來維持的。此外，天文學家發現，水循環似乎不只發生在這個星球上。

此次，研究小組在兩個完整的軌道上觀察了WASP-121b，一個在2018年，另一個在2019年。對于這兩次觀察，研究人員追蹤到了水蒸氣的存在。

不斷變化的水蒸氣的特征幫助研究小組繪制了行星亮面和暗面的溫度分布圖。他們發現，“白晝”的范圍從最深可見層的2500開爾文到最上層的3500開爾文。夜面從最深層的1800開爾文到上層大氣的1500開爾文不等。有趣的是，行星上溫度分布似乎較反常，在亮面溫度隨著海拔升高而升高，而在暗面，溫度則隨著海拔下降而下降。

研究模型揭示了該行星存在由鐵、剛玉和鈦等金屬組成的云的可能性。研究小組還從溫度測繪中觀察到，這顆行星最熱的區域被轉移到了恒星正下方的“亞恒星”區域的東部。他們推斷這種轉變是由于強風造成的。

麻省理工學院卡夫利天體物理和空間研究所的博士后托馬斯·米卡爾·埃文斯表示，通過這次觀測，他們真正獲得了系外行星氣象學的“全星球視野”。(實習記者張佳欣)