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詹姆斯·韦伯太空望远镜探测到附近系外行星大气层中的水蒸气、二氧化硫和沙云

本站发布时间:2023-11-20 16:47:36

欧洲天文学家团队在KULeuven天文研究所的研究人员的共同领导下,利用最近用JamesWebb太空望远镜进行的观测,研究了小行星WASP-107b的大气层深入观察WASP-107的最外层,发现不存在蒸汽和二氧化硫,而是二氧化硅和云这些由非动力学大气组成的分离物会抑制材料的迁移

世界各地的天文学家都在利用詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)上的红外仪器(MIRI)的先进能力,对非行星进行突破性的观测——即围绕恒星运行的行星,直到太阳其中一个令人着迷的世界是WASP-107b,它是一个非常有用的行星,其轨道比太阳稍冷,质量也很低这颗行星的引力与海王星的引力相似,但它的大小比海王星的引力大,几乎相当于木星的引力与没有太阳系的巨型行星相比,这一特性使WASP-107的振动“更大”这颗系外行星的绒毛使三个名字能够在比木星这样的太阳系大行星探测深度深50倍的地球上运行

欧洲天文学家团队充分利用了这颗系外行星上可标记的绒毛,使它们能够深入大气层这是一个很好的机会,可以让复杂的化学成分适应大气层因此,这是非常直接的:信号或频谱特征是更明显的,而不是更致密的最近发表在《自然》杂志上的这项中心研究揭示了水蒸气、二氧化硫(SO2)和二氧化硅的存在,但值得注意的是,没有温室气体甲烷(CH4

Adynamicatmosphere

这些检测为适应行星的动力学和化学性质提供了至关重要的信息首先,甲烷的观测暗示了一个潜在的终结点,为地球大气层中热能的运动提供了一个诱人的一瞥第二,二氧化硫的发现(被称为两种燃烧物质),是一个很大的惊喜以前的模型可以预测,但WASP-107b大气的新气候模型表明,WASP-107b的所有绒毛都能适应大气中二氧化硫的形成尽管它的宿主恒星相对来说是一部分高能的光子,但由于其低温性质,这些光子可以深入到行星的大气层中,从而破坏它的弱动力这使得产生二氧化硫所需的化学反应能够发生

但这并不是他们所观察到的二氧化硫和水蒸气的这两个主要特征很少显著减少,与它们在较低的情况下相比高海拔地区可能会吸收大气中的水汽和二氧化硫尽管我们已经推断出另一颗其他行星,但这标志着天文学家首次能够有限地确定这些云的化学组成在这种情况下,声音是由小的二氧化硅颗粒组成的,这是一种人类的家族物质,存在于身体的任何部位或主要成分中

“JWST正在进化一个平面特征,提供了前所未有的洞察力和显著的速度,”作者Prof.说LeenDecinofKULeuven“JWST的MIRI仪器在行星上发现了沙子、水和二氧化硫的声音,这是一个里程碑。它重新揭示了对行星形成和演化的理解,为新的大系统提供了新的线索。”

与地球的大气层不同,在地球的大气层中,水在低温下冻结,在行星的加工温度在1000摄氏度左右的情况下,硅粒子可以冻结成云然而,在WASP-107b的大气层中,由于大气层中的温度约为500摄氏度,传统的模型预测,这些硅云应该在大气层中形成更深的层,那里的温度明显更高此外,沙尘天气也越来越热那么,这些沙子和云朵为什么有可能在高空学习并继续学习呢

根据作者DrMichielMin:“事实上,我们遇到了最热的沙子和云,这意味着沙子和云的降落速度更快,更热的层和更多的硅酸盐蒸汽可以有效地移动备份,在备份中它们会重新聚集,形成更多的硅酸盐。这与水蒸汽和云在我们自己的地球上循环非常相似,但降落速度很慢。”这种通过垂直运输的持续升华和冷凝循环是对WASP-107b大气中存在的云层和云的响应

这篇论文不仅揭示了WASP-107b的缺陷世界,还推动了人们对外行星大气的理解它标志着地球探索的重要里程碑,揭示了这些遥远世界的化学和气候条件的三元相互影响

“JWST实现了一颗没有任何反粒子的系外行星的深大气特征——极地系统,我们正在探索新世界!”Achrè;neDyrekatCEAParis

MIRI仪器的设计和开发

感谢比利时联邦科学政策办公室ELSPO通过ESAPRODEX计划,比利时工程师和科学家在MIRI设施的设计和开发中发挥了关键作用,包括中央空间站(CSL)、ThalesAleniaSpace(Charleroi)和OIP传感器系统(Oudenarde)在KULeuven天文研究所,仪器科学家在模拟英国、NASAGoddard和NASAJohnson空间中心空间环境的特殊试验室中广泛使用了eMIRI仪器

仪器专家Dr说:“与欧洲和美国的同事们一起,EMIRI仪器已经建造和测试了近20年。很难看到我们的仪器揭示了这个内部行星的大气层。”鲁汶大学的BartVandenbussche

这项研究结合了JWST观测的几个独立分析结果,并展示了多年来不仅在建造MIRI仪器方面,而且在利用MIRI获得的观测数据的校准和分析方法方面所投入的工作,”德国马克斯·普朗克研究所的JeroenBouwmanon博士说


来源:

Materials provided by
KU Leuven.
注明: Content may be edited for style and length.


参考:

  1. Achrène Dyrek, Michiel Min, Leen Decin, Jeroen Bouwman, Nicolas Crouzet, Paul Mollière, Pierre-Olivier Lagage, Thomas Konings, Pascal Tremblin, Manuel Güdel, John Pye, Rens Waters, Thomas Henning, Bart Vandenbussche, Francisco Ardevol Martinez, Ioannis Argyriou, Elsa Ducrot, Linus Heinke, Gwenael Van Looveren, Olivier Absil, David Barrado, Pierre Baudoz, Anthony Boccaletti, Christophe Cossou, Alain Coulais, Billy Edwards, René Gastaud, Alistair Glasse, Adrian Glauser, Thomas P. Greene, Sarah Kendrew, Oliver Krause, Fred Lahuis, Michael Mueller, Goran Olofsson, Polychronis Patapis, Daniel Rouan, Pierre Royer, Silvia Scheithauer, Ingo Waldmann, Niall Whiteford, Luis Colina, Ewine F. van Dishoeck, Göran Ostlin, Tom P. Ray, Gillian Wright.
    SO2, silicate clouds, but no CH4 detected in a warm Neptune. Nature, 2023; DOI: 10.1038/s41586-023-06849-0

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