WASP-121b (系外行星) · 描述:下着“液态宝石”雨的世界 · 身份:围绕恒星WASP-121运行的热木星距离地球约850光年 · 关键事实:其大气层中含有气态铁和刚玉(蓝宝石和红宝石的构成矿物)可能在背阳面凝结成液态宝石雨滴。
WASP-121b:850光年外的“宝石雨世界”——热木星大气层的极端循环与宇宙多样性(第一篇) ——从“烧红的铁球”到“液态蓝宝石”的宇宙气象奇观 一、宇宙中的“极端气象”:当我们谈论“行星下雨”时我们在谈什么? 在地球雨是水蒸汽遇冷凝结的产物——从云层到地面是温柔的循环;在泰坦(土卫六)雨是液态甲烷——顺着甲烷河流注入湖泊是寒冷世界的“眼泪”;而在850光年外的WASP-121b雨是液态铁与刚玉——蓝宝石和红宝石的构成矿物从烧红的大气层坠落砸向岩浆般的地表。
这不是科幻小说的情节而是天文学家通过光谱数据还原的“真实宇宙场景”。
当我们说“系外行星有极端环境”时WASP-121b是绕不开的案例。
它是一颗热木星(Hot Jupiter)——质量与木星相当但轨道极近恒星被恒星的炙烤加热到足以让金属汽化的温度。
而它的独特之处在于大气层中的重金属(铁、镁、铬)与刚玉颗粒:白天这些物质以气态形式漂浮在2500℃的高空;夜晚温度骤降到1000℃以下蒸汽凝结成液态滴形成“宝石雨”。
这颗行星的发现不仅刷新了人类对系外行星大气层的认知更让我们意识到:宇宙中的“天气”远比我们想象的更“奢华”、更“暴烈”。
它像一面镜子照出了行星系统的多样性——地球的“温和”不是宇宙的常态而“极端”才是。
二、宿主恒星WASP-121:一颗“超亮的熔炉” 要理解WASP-121b的“宝石雨”首先得认识它的“幕后推手”——宿主恒星WASP-121。
WASP-121是一颗F型主序星(光谱型F6V)位于船尾座(Puppis)距离地球约850光年。
它的质量是太阳的1.35倍半径是太阳的1.45倍表面温度高达6500K(比太阳高约700K)光度是太阳的3.5倍。
简单来说这是一颗“更亮、更热、更活跃”的太阳——它的紫外辐射强度是太阳的5倍恒星风也更强烈。
对于行星而言这样的恒星既是“能量源”也是“破坏者”。
WASP-121的强辐射会持续烘烤WASP-121b的大气层导致气体膨胀、重金属汽化;而恒星风则会剥离行星的外层大气——但有趣的是WASP-121b的大气层并没有被完全剥离反而因为“潮汐加热”保持了足够的密度让重金属得以凝结成雨。
“WASP-121的‘热度’刚好卡在‘能汽化金属但不足以剥离大气’的临界点”参与WASP-121b研究的剑桥大学天文学家尼库·马杜苏丹(Nikku Madhusudhan)解释“这让行星的大气层处于‘动态平衡’——一边被恒星加热汽化一边因重力收缩凝结形成了独特的循环。
” 三、WASP-121b:热木星的“膨胀版” WASP-121b是一颗典型的热木星但它的参数比普通热木星更“极端”: 轨道距离:仅0.025天文单位(AU1AU=1.5亿公里)——相当于地球到太阳距离的1/40或者说距离恒星仅370万公里(比水星轨道近10倍)。
公转周期:1.27天——它的一年只有1天多一点恒星在它的天空中是一个巨大的“火球”(视直径约25角分是太阳的1/3)。
质量与半径:质量1.18倍木星(约380倍地球质量)半径1.81倍木星(约20万公里是木星的1.8倍)。
为什么半径比木星大?因为潮汐加热——恒星的引力会拉伸行星的形状产生内部摩擦释放热量让行星膨胀。
就像揉面团时面团会变大——WASP-121b就是被恒星“揉”大的热木星。
表面温度:白天赤道地区的温度高达2500℃(比太阳表面温度的一半还高)背阳面则骤降到1000℃以下。
这种“冰火两重天”的温差是形成“宝石雨”的关键。
四、大气层的“金属狂欢”:从光谱中读懂“宝石的信号” WASP-121b的大气层之所以特殊在于它含有大量重金属蒸汽和刚玉颗粒。
这些物质的发现要归功于两代空间望远镜的“光谱手术刀”: (1)哈勃望远镜的“紫外线索” 2018年天文学家利用哈勃空间望远镜的广角相机3(WFC3)对WASP-121b进行了凌日光谱观测——当行星穿过恒星前方时恒星的光线会穿过行星大气层留下“吸收指纹”。
数据显示WASP-121b的大气层中含有气态铁(Fe)和气态镁(Mg)的吸收线——这意味着在白天的炽热大气层中这些金属以蒸汽形式存在。
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