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新技术分析外行星周围的云

发布时间:2018-05-16

                  MIT的研究详细介绍了一种新技术,

气象学家有时很难准确预测地球上的天气,但现在我们可以发现,在我们的太阳系外,行星上有多云,这得益于麻省理工学院的研究人员。

在一篇发表在“天体物理学杂志”上的论文中,麻省理工学院地球,大气和行星科学系(EAPS)的研究人员描述了一种分析美国宇航局开普勒空间观测站数据的技术,以确定行星上其他行星的云类型恒星,被称为系外行星。

由麻省理工学院航空航天助理教授Kerri Cahoy领导的研究小组已经使用该方法确定了系外行星Kepler-7b云的特性。这颗行星被称为“热木星”,因为它的大气温度徘徊在大约1,700开尔文。

美国宇航局的开普勒宇宙飞船旨在搜寻绕地球轨道运行的其他恒星。它指向一块固定的空间,不断监测着145,000颗恒星的亮度。在这些恒星之一前方的轨道系外行星会导致这种亮度暂时变暗,使研究人员能够检测到它的存在。

研究人员之前已经表明,通过研究行星在行星过境或前方或后方穿行时来自这些恒星系统的光线量的变化,他们可以检测到该行星大气层中云层的存在。这是因为云层内的粒子会散射不同波长的光。

建模云形成

为了找出这些数据是否可以用来确定这些云的组成,麻省理工学院的研究人员研究了来自开普勒-7b的光信号。第一作者,麻省理工学院Cahoy小组的研究生Matthew Webber说,他们使用地球大气的温度和压力模型来确定不同类型的云会在它内部形成。

“然后,我们使用这些云模型来确定光线如何反射地球大气层(对于每种云类型),并试图将这些可能性与开普勒任务本身的实际观测结果进行匹配,”韦伯说。 “所以我们运行了一大组模型,以查看哪些模型在统计上最符合观察结果。”

通过这种方式向后工作,他们能够将开普勒宇宙飞船的数据与气化硅酸盐和镁制成的一种云相匹配。开普勒-7b气氛中的极高温度意味着地球表面常见的一些矿物质以岩石的形式存在,而不是以行星大气层中的蒸气形式存在。这些矿物蒸汽在冷却和凝结时形成小的云粒。

开普勒-7b是一颗锁定星球的行星,这意味着它总是和它的恒星显示同样的面貌 - 就像月球对地球一样。因此,该团队发现,这颗行星的一半左右 - 一直面向恒星 - 由硅酸镁云覆盖。

Cahoy说:“我们真的没有什么比将望远镜投入太空并用相机盯着恒星更复杂的了。” “然后,我们可以利用我们对宇宙的了解,就温度和压力而言,如何混合,如何在气氛中进行分层,试图找出混合的东西会导致我们所看到的观测结果这些非常基本的工具,“她说。

关于系外行星大气层的线索

EAPS博士后团队成员Nikole Lewis说,了解开普勒7b上云的特性,例如它们的矿物成分和平均粒径,告诉我们这个星球大气的潜在物理性质。更重要的是,这种方法可以用来研究不同类型的行星上的云的特性,刘易斯说:“这是少数几种可以帮助你确定一颗行星是否有气氛的方法之一。”

刘易斯说,一颗行星的云覆盖率和构成对其反射的恒星能量有多大影响,这反过来影响了它的气候并最终影响它的可居住性。 “所以现在我们看着这些大的气体巨星,因为它们给了我们一个更强的信号,”她说。 “但同样的方法可以应用于较小的行星,以帮助我们确定一颗行星是否适合居住。”

研究人员希望利用这种方法来分析美国宇航局对开普勒任务后续行动的数据,称为K2,去年6月开始研究不同的空间补丁。他们还希望将它用于麻省理工学院计划中的Transiting Exoplanet Survey Satellite(TESS)任务的数据,Cahoy说。

“TESS是开普勒的后续行动,由麻省理工学院Kavli天体物理学和空间研究所的高级研究科学家首席研究员George Ricker领导。它基本上将对开普勒进行类似的测量,但对于不同类型的恒星,“Cahoy说。 “开普勒的任务是盯着一组恒星,但有很多恒星,而TESS将会在整个天空中对最亮的恒星进行采样,”她说。

加州理工学院行星科学助理教授Heather Knutson说,这篇论文是第一个采用包括云的环流模型,并将其与观测到的开普勒-7b云的分布进行比较的,他没有参与这项研究。

“他们的模型表明,这个星球上的云很可能是由液态岩石制成的,”Knutson说。 “这听起来有些异国情调,但这颗行星是一颗正在燃烧的热气体巨星,与它的主星很接近,我们应该期望它看起来可能与我们自己的木星完全不同。”

出版物:(正在出版)天体物理期刊

资料来源:麻省理工学院新闻编辑部Helen Knight

图片:由NASA提供(由Jose-Luis Olivares / MIT编辑)