這顆全新發(fā)現(xiàn)的超級地球或許吹散了自己的大氣層——遙遠的系外行星也許能幫助我們解答為什么幾乎沒有星球直徑是地球的兩倍這個問題。
超級地球系外行星的構(gòu)想圖（圖源自：NASA/Ames/JPL–Caltech）
美國航空航天局的凌日系外行星巡天衛(wèi)星（TESS）與智利甚大望遠鏡的用于巖石系外行星和穩(wěn)定光譜觀測的梯級光譜儀（ESPRESSO）共同發(fā)現(xiàn)了一顆超級地球，它或許能解答宇宙中為何缺少某些特定系外行星的謎題。
?雖然這次發(fā)現(xiàn)只是對已知星球清單的一次小小補充，但這樣的發(fā)現(xiàn)對于增進我們對星球形成和演化機制的理解至關(guān)重要，?作為此次研究的領(lǐng)頭人，波爾圖天體物理研究所的何塞·羅德里格斯（José Rodrigues）在一份聲明中表示，?“我們需要發(fā)現(xiàn)更多的星球，才能將我們對星球的假設(shè)轉(zhuǎn)變?yōu)榇_鑿的科學事實?！?
這顆名為TOI-512b的系外行星距離我們218光年。2020年，TESS首次發(fā)現(xiàn)了它正在進行行星“凌日”現(xiàn)象，即在其恒星前規(guī)律運動。從我們宇宙中的觀測位置看，這一運動阻擋了一部分來自其恒星的光線?；诒蛔钃醯墓饩€量，天文學家測量出TOI-512b的半徑是地球的1.54倍。
為了確認TOI-512b是一顆真實存在的星球，而非由恒星活動引起的假陽性現(xiàn)象，甚大望遠鏡的ESPRESSO儀器測量了該恒星的視向速度。這是由環(huán)繞行星的引力拖拽恒星而導致的恒星自轉(zhuǎn)“擺動”。ESPRESSO的測量結(jié)果確定了TOI-512b的質(zhì)量是地球的3.57倍。
在了解了TOI-512b的半徑和質(zhì)量后，天文學家計算出其平均密度大約為5.62克/立方厘米，?這比地球的平均密度5.52克/立方厘米略高。?
如果TOI-512b的密度配合上地球的大小，我們或許可以認為它是一個堅固的巖石星球。但TOI-512b比地球更大更重，因此情況更為復雜。
TOI-512b以9,863,797千米的距離環(huán)繞其恒星運動，周期為7.1天。這意味著它非常熾熱——因其距離恒星過近，接收到的熱量是地球的112倍，因此不在宜居帶內(nèi)。其大小也使其緊鄰研究人員所謂的“熱海王星沙漠”。
天文學家們發(fā)現(xiàn)了大小不一、質(zhì)量各異的系外行星，但地球半徑1.8至2.4倍左右的行星卻似乎極為罕見。這就是前面提到的“沙漠”。一種理論認為，當富含氣體和冰、海王星大小的行星向其恒星內(nèi)部遷移時，恒星輻射會吹走它們的大氣層，帶走大部分氣體，最終留下一個較小的行星。
在南半球天鴿座星系中的TOI-512b星球（圖源自José Rodrigues）
另一種可能性是行星形成之初，由內(nèi)到外滲出的余熱在持續(xù)加熱其厚厚的氣體層，使大氣層更容易逃逸。這被稱為核心驅(qū)動的質(zhì)量損失。
TOI-512b可能曾是一顆類海王星行星，失去了大部分氣體?；谄涿芏取①|(zhì)量和體積，羅德里格斯的團隊模擬了其可能的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。他們總結(jié)道，最合適的模型描述了一個小型內(nèi)核，占行星質(zhì)量的13%，一個占69%的地殼，以及一個占行星質(zhì)量高達16%的水層，而剩下的2%則是已經(jīng)流失的氣體層。與之相比，地球的水質(zhì)量占比僅為0.02%。
然而，如果TOI-512b的質(zhì)量是通過恒星輻射減少的，那么這個星球上應(yīng)該不會有任何水或大氣層殘留。相反，羅德里格斯的團隊認為，特別是考慮到TOI-512b已有82.35億年的高齡（盡管存在43.86億年的誤差范圍），核心驅(qū)動的質(zhì)量損失是更好的解釋，因為這一過程可以持續(xù)數(shù)十億年。
這并不意味著所有穿過“熱海王星沙漠”的行星都會以同樣的方式失去其氣體包層。它們的氣體層可能被恒星輻射或核心驅(qū)動的質(zhì)量損失中的一種或兩種所消除，這取決于行星和恒星的具體情況。正如羅德里格斯在文章開頭所述，在天文學家開始得出可靠結(jié)論之前，他們需要更多的實例。
該研究還排除了TESS觀測中暗示的第二顆候選行星。至于后續(xù)研究，由于距離較遠，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）可能難以對這顆行星進行凌日光譜分析——即當行星凌日時，部分星光會穿過其大氣層并被過濾，羅德里格斯的團隊認為，JWST的這一過程可能“冗長乏味”。相反，他們提出，在智利的歐洲南部天文臺，即將投入使用的39米極大望遠鏡上的阿瑪佐內(nèi)斯高色散梯級光譜儀（ANDES）或許會有更好的表現(xiàn)。
BY: Keith Cooper
FY: syy61
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