系外转角遇到你——WASP-121b——炽热的“重金属”行星

系外转角遇到你——WASP-121b——炽热的“重金属”行星

重金属气体例如镁和铁蒸汽第一次被探测到从一颗系外卫星上飘走，那是一颗绕远处恒星运行的行星。为什么会这样？因为这颗和木星差不多大小的卫星曾在离它恒星很近的轨道上运行过。

图1：分享就是关心！巨大行星的气体流入太空

艺术家关于WASP-121b的印象，它运行时太靠近恒星，太热了以至于其大气层里的重金属逸出到太空中。

系外卫星——围绕其他恒星运行的世界，已经发现有许多类型和尺寸，从小型岩石世界到围绕恒星近距离运行的炙热高温气体巨星。一个词“天体音乐”出现在脑海里，这是一个古老的哲学观念，把太阳、月亮和行星的运动看作一种音乐形式，虽然这句话往往会唤起人们对古典旋律的思考，但这颗特别的系外行星似乎更适合重金属音乐。

这颗系外卫星——WASP-121b，是一颗距离地球900光年的热木星，它围绕恒星运行时靠得太近以至于其高层大气达到4600华氏度（2500摄氏度）的炙热，主恒星的引力使这颗卫星扭曲成美国足球一样的椭圆形。2015年第一次观测到时，它的质量为木星质量的1.8倍。

哈勃太空望远镜（HST）侦测到从行星来的逸出气体有铁和镁气体，称为“重金属”，这些新的同行评审结果发表在《天文杂志》上。

证据表明WASP-121b的低层气体很热，所以铁和镁维持在气态，他们流向高层气体，在那里它们紧跟着氢气和氦气逸到太空中。这是第一次观测到这样的气体从热木星逸出出来。

一个在马里兰巴尔的摩约翰霍普金斯大学的研究员大卫·辛（DavidSing）说道：重金属以前就被发现于热木星，但只仅限于低层大气，所以你不知道它们是否逸出，有了WASP-121b，我们看到镁和铁蒸汽离行星很远以至于它们不受引力约束，重金属跑出来部分原因是行星又大又胀，引力相对就弱了，这是一颗正被快速剥去大气层的的行星。

图2：橙色行星从新月到满月再到新月的的五个视图

计算机利用美国宇航局斯皮策太空望远镜的图像对WASP-121b进行的模拟。

这个过程是怎么发生的？首先，恒星本身比太阳热，然后从恒星来的紫外光加热了行星的上层大气，逸出的镁和铁蒸汽或许也助于进一步加热气体。

根据辛说：这些金属会使大气在紫外线下更不透光，这可能也助于高层大气的加热。

不仅是大气受到严重影响，这颗行星也一样，它已经到快要被恒星的引力撕碎的边缘了，现在已经被拉成了足球般的形状。WASP-121b为科学家们提供了一个罕见的观测机会。

正如辛所说：我们选择这颗行星是因为它很极端，我们认为得到了一个机会能看到较重的元素逸出，它很热而且也非常适合观察。这是发现重金属存在的最好办法，我们主要在找镁，但在其他系外行星中也有铁的迹象，这是个惊喜，能让我们在一个离行星如此远的地方从数据中能如此清新的看到它。一个马里兰大学的天文家德雷克·戴明（DrakeDeming）说：

这颗行星是超热木星的雏形，这类行星被它们的主恒星过度辐射，以至于它们自己几乎都像恒星，行星被其主恒星蒸发到了一个极点，所以我们能看到金属原子从其上层大气逸出，在那里原子们还可以与行星的磁场互作。这摆出了一个给人们去观测并理解一些有趣的物理的机会。

离主恒星如此近的热木星是很少见的，其中还那么高温的更是罕见，但即使它们罕见，一旦你发现，它们还是很显眼。我们期待了解更多关于这颗奇特的行星。

对于WASP-121b的观测是全色比较系外行星财政计划（PanCET）研究的一部分，只是第一个大规模用紫外线、可见光、红外线对20个不同系外行星的比较研究，这些行星尺寸从超级地球（几倍地球）到木星（100倍地球质量）不等。

图3：橙色大型系外行星和像木星上一样的平行斑纹

WASP-121b是一种称为热木星的系外行星，就像图上一样（艺术家的理念）

通过研究WASP-121b和其他热木星，科学家们可以了解更多关于行星如何失去它们的原始大气。正在形成行星的大气更倾向于含有氢气和氦气这类轻质气体，但是当恒星靠近其恒星时这些气体会被剥离。

辛解释道：热木星大部分由氢气构成，哈勃对氢气非常敏感，所以我们能相对容易知道这些行星失去气体。但在WASP-121b的情况中，氢气和氦气就像条河一样流出，而且还拽着这些金属一起，这是一种高效的质量损失机制。

WASP-121b也是未来詹姆斯韦伯太空望远镜观测的理想目标，它能够检查大气中的水和二氧化碳，并且有助于为大气中所有的化学元素提供一个更全面的分析。提供的数据能帮助科学家们更好地理解像热木星这样的世界以及一般的行星系统是怎么形成的。

图4：左边是明亮的类太阳恒星，右边是足球形状的椭圆形系外行星

艺术家对于WASP-121b的观念，天文学家们把它形容成一个重金属系外行星，这颗行星很热，以至于重金属（因为这些元素的原子比氢和氦的原子更重）镁和铁蒸汽从其大气中逸出。同时，主恒星的引力拉扯着恒星和它的大气，把恒星拽成一个足球的形状。

要点：WASP-121b是一种很少能见到的热木星系外行星，那个世界很热，离其主恒星很近，以至于重金属气体被从大气中剥离出来，并且恒星本身也被拉扯成足球的形状。