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你见过这么松软的星球吗?这两颗系外行星的密度相当于棉花糖

2018-07-28 15:30 AutoSpy.cn

事实证明,系外行星就像去国家博览会一样甜:美国宇航局开普勒太空望远镜发现两颗系外行星的密度和棉花糖差不多。这两颗行星围绕着一颗只有5亿年历史的年轻恒星运行,它们是新生的行星,几乎和气态巨星一样大,尽管它们的重量不到地球质量的10倍。利用美国宇航局的哈勃太空望远镜,研究人员对被称为开普勒-51b和开普勒-51d的两个“美味”行星进行了后续观测。发现行星上膨胀的大气层很可能包含着一层高悬在地表之上的薄雾。行星上膨胀的大气层把它们安置在一种罕见的系外行星上,即超级喷流。

博科园-科学科普:丹佛举行的第232届美国天文学会半年度会议上展示了初步结果:这是迄今为止发现密度最低的系外行星。一种不寻常的类似于超级泡芙的类比——一种甜蜜的享受。想让你想像一下由棉花糖制成的巨大行星,毛茸茸的巨人。2011年开普勒发现了围绕年轻恒星开普勒51低密度行星,后来的研究证实这颗行星有两个兄弟姐妹。这三颗行星都有膨胀的大气层,最初的观测表明它们的密度很低。这些超级大气引起了博尔德罗伯茨博士顾问扎克瑞·贝尔塔-汤普森(Zachory Berta-Thompson)的注意。与几位同事一起,科学家们利用哈勃望远镜探测了51b和51d大气的化学成分,这两颗行星在它们的恒星和地球之间经过了两次。

这是一幅艺术图像,描绘一颗外行星的膨胀大气层。图片:NASA

第三个行星51c,只夹住了系统太阳的边缘,不让它的大气层被发现,所以并不是新研究的一部分。研究人员发现,这两颗行星都产生了一个信号,表明被称为气溶胶的微小粒子主导著大气。这些气溶胶可以由巨大的云堤产生,也可以是环绕地球的雾霾的标志。最好的猜测是不是在处理某种类型的云凝结,”罗伯茨说,可能要处理的是某种光化学烟雾,只是不知道它是由什么构成的。在太阳系中,土星最大的卫星土卫六是唯一一个由碳氢化合物组成的薄雾层主导的,很可能是甲烷和乙烷。巨大的月球可能会提供对超级泡的深入了解,这可能会产生一种扩展版的雾霾,我们可能会看到一些真正毛茸茸的泰坦。


棉花糖行星

计算行星的密度你需要回到高中物理,物体密度是它质量除以它的体积,体积是由半径决定的。哈勃的精确测量帮助研究人员更好地限制了系外行星的质量。为了找到它们的半径和体积,科学家们将这颗行星的大小与其恒星进行了比较。通过对这颗恒星的重新了解,罗伯茨和她的同事们能够确定一个更精确的半径。Kepler-51b的质量是地球的两倍,半径是地球的七倍,它每45天绕着恒星转一圈。开普勒-51d的公转周期为130天,体积略大,约为地球的7.5倍,半径接近地球的10倍。第三个兄弟,开普勒-51c,环绕这颗恒星需要85天,半径是地球的四倍。

通过将更新后的质量与修正后的半径结合起来,研究人员可以计算出行星的密度在0.03克到0.06克每立方厘米之间。这是土星密度的十分之一,土星是太阳系密度最小的行星,如果你能找到一个足够大的浴缸,它就能漂浮在水中。要弄清楚这在现实世界中意味着什么需要付出更多的努力,研究人员首先想到的是棉花糖,在微波炉中熔化了一批,但发现白色的糖果还是太浓了,这简直是一团糟。为了扣除棉花糖,她去了杂货店买了几箱棉花糖,新纺成的材料不够致密,但她希望预包装的浴缸能工作。她测量了容器的体积,并对材料进行了称重,以计算其密度,这与超级膨胀非常接近。

年轻的行星

为什么这些行星如此稠密?罗伯茨认为行星早期可能会起到关键作用。行星因尘埃和岩石碰撞而形成,以建立一个世界。当岩心足够大的时候,它的重力会吸收较轻的气体,从而形成大气层。根据模型,这三个超级膨胀的行星形成于他们系统的雪线之外,这是围绕着中心恒星的无形边界,那里的气体足够冷,可以凝结成冰。然后行星向内迁移,到达它们当前的轨道。当它们靠近温暖的恒星时,它们的冰融化了,形成了一种气体大气,开始膨胀。当行星从形成它们的碰撞中开始温暖时,它们会随时间冷却下来,导致材料收缩。与此同时,恒星风刮走了部分大气。根据模型表明,在未来50亿年里,当它比现在的地球要老一些的时候,51b将看起来更像一个典型的海王星行星。

因为它离恒星较远,“51d可能会有点古怪,因为它没有那么多的大气层。再过几十亿年,就会看到这些行星比现在还小。如果你能站在其中一个超级气流上(假设它有岩石表面),大气的压力可能会高得惊人,最好浮在更高的大气中,那里的压力会更小。在地球生命的早期,它可能吹嘘自己膨胀的大气层,尽管它可能很快就消失了。科学家们计划在今年夏天晚些时候提交其研究报告。现在我们只需要甜美的世界来点缀棉花糖的颜色,比如蓝色、粉色、紫色或绿色!

博科园-科学科普|Nola Taylor Redd/Space

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