这些参数指向一个结论:这是一颗“膨胀”的热木星。为什么?因为它离恒星太近了。
2.2 热木星的“诞生”:从远方到“火炉”
热木星的形成,至今仍是系外行星研究的“未解之谜”,但主流理论有两种:
原位形成:在恒星的“雪线”内(水冰无法存在的区域)直接形成,但由于气体盘的温度高,只能聚集氢氦,无法形成岩石行星;
迁移形成:在雪线外形成(类似木星),然后通过引力相互作用“迁移”到恒星附近——HD b的轨道周期极短,更符合“迁移说”。
无论哪种方式,它的“近恒星轨道”都导致了两个关键结果:
潮汐加热:恒星的引力会拉伸行星,产生摩擦热,使行星内部温度升高(核心温度可能达10? K);
大气膨胀:高温让行星大气中的分子运动加剧,大气层向外扩张——HD b的半径比木星大38%,正是因为大气被“吹”起来了。
2.3 与木星的对比:命运的分叉点
太阳系的木星,轨道半径5.2 AU,离太阳足够远,大气稳定;而HD b,离恒星只有0.047 AU,相当于“把木星放在水星轨道上”。这种差异,直接决定了它们的“命运”:
木星的大气层厚达数千公里,核心是液态金属氢;
HD b的大气层更“稀薄”(但更活跃),且正在被恒星风剥离。
三、大气的“首次曝光”:2001年的“钠线惊喜”
2001年,天文学家用哈勃太空望远镜(HST)的STIS光谱仪,对HD b的凌星事件进行了更精细的观测——这一次,他们要找的,是行星大气的“指纹”。
3.1 透射光谱:从恒星的光里“提取”行星的大气
当行星凌星时,恒星的光会穿过行星的大气层,再到达地球。此时,大气中的分子会吸收特定波长的光,形成吸收线——就像透过彩色玻璃看灯光,玻璃的颜色会“过滤”掉某些波长。
天文学家的目标,就是从恒星的光谱中,找出这些“过滤”后的吸收线——它们属于行星的大气,而非恒星本身。
3.2 钠线的发现:大气存在的铁证
2001年12月,哈勃的数据显示:在凌星过程中,恒星光谱的589纳米处(钠元素的D线)出现了额外的吸收。
这个发现让团队沸腾了——因为:
钠线是行星大气的“特征指纹”:恒星本身也有钠线,但凌星时的额外吸收,只能来自行星大气;
这证明,HD b不仅有大气层,而且大气层中含有钠元素。
“我们终于‘看到’了系外行星的大气。”参与观测的科学家大卫·沙博诺(David Charbonneau)说,“这不是模型,不是推测,是真实的光谱信号。”
3.3 大气的“成分拼图”:从氢氦到水蒸气
后续的研究,用更先进的望远镜(如斯皮策太空望远镜、詹姆斯·韦布太空望远镜),进一步拼出了HD b的大气成分:
上层大气:以氢(H?)和氦(He)为主,占比约90%——和太阳系的气态巨行星一致;
中层大气:含有钠(Na)、钾(K)等碱金属,以及氧(O)、碳(C)的化合物(如CO、H?O);
下层大气:可能有更重的元素,比如铁(Fe)、镁(Mg)的蒸汽——但由于温度极高(约1500 K),这些元素可能以离子形式存在。
更惊人的是,2007年,斯皮策望远镜观测到大气中有水蒸气——这是系外行星大气中首次发现水,证明即使是“热木星”,也可能保留挥发性物质。
四、“蒸发”的行星:恒星风与大气流失
HD b最独特的特征,是大气正在被恒星剥离——这是人类首次观测到系外行星的“蒸发”过程。
4.1 恒星风的“剥离”:从大气到彗星尾
HD 是一颗活跃的恒星,会释放强烈的恒星风(高速带电粒子流)。当这些粒子撞击HD b的大气层时,会“吹”走大气中的轻元素(如氢、氦)。
天文学家通过观测凌星时的Lyman-α线(氢原子的特征谱线)发现:行星大气中的氢正在以每秒10?公斤的速度流失——相当于每秒钟失去一个地球质量的大气!
更直观的证据是:行星后面拖着一条“彗星状尾巴”——由被剥离的氢和氦组成,长度可达100万公里。
4.2 “蒸发”的终点:行星的“死亡”?
HD b的蒸发,让天文学家开始思考:热木星的最终命运是什么?
模型预测,如果蒸发持续下去,大约10亿年后,HD b的大气会被完全剥离,只剩下一个“裸岩核心”——类似水星,但更小。
但更戏剧性的是,它的轨道正在缓慢缩小(每年减少约0.0001 AU)——因为恒星的潮汐力会“拉”着行星向内运动。最终,它可能会被恒星吞噬,成为恒星大气的一部分。
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