哈勃發現一顆跟地球一般大小的行星可能存在“次級大氣”
據外媒報導,一顆跟地球一般大小、名為GJ 1132 b的岩石系外行星圍繞著一顆41光年遠的紅矮星運行。在某些方面,GJ 1132 b跟地球有有趣的平行關係,但在另一些方面它又非常不同。不同之處在於,它煙霧瀰漫的大氣中含有有毒的氫、甲烷和氰化氫混合物。
科學家們利用NASA的哈勃太空望遠鏡發現了證明這不是該行星原始大氣的證據,據悉,該行星的第一個大氣則是被GJ1132 b附近母星的猛烈輻射炸開的。也就是說,這顆星球擁有“次級大氣”。
“次級大氣”被認為是由星球表面下的熔岩不斷從火山裂縫中滲出而形成的。從這些裂縫中滲出的氣體似乎在不斷補充大氣,不然大氣就會被恆星剝離。這是科學家首次在太陽係以外的星球上發現次級大氣層。
從像海王星那樣的氣態行星轉變成一個炎熱的、有有毒大氣的岩石世界那樣,GJ 1132 b表明行星可以經歷劇烈的物理變化。
科學家利用NASA的哈勃太空望遠鏡發現了證據–表明一顆圍繞遙遠恆星運行的行星可能失去了大氣層,但通過火山活動又獲得了第二層大氣層。
據推測,這顆名為GJ1132 b的行星一開始是一個帶有厚厚的氫層的氣態世界。這顆所謂的“亞海王星”最初的直徑是地球的幾倍,它被認為由於它環繞的熾熱年輕恆星的強烈輻射而迅速失去了原始的氫和氦大氣層。在非常短的時間內,這樣一顆行星將會被剝離成一個地球大小的裸核。而就在這時,事情開始變得有趣了。
令天文學家驚訝的是,哈勃觀測到一種大氣層,根據他們的理論,這是一種“次級大氣層”。根據直接觀測證據和通過計算機建模的推斷,該小組報告稱,該大氣由氫分子、氰化氫、甲烷組成,另外還有氣溶膠霧霾。模擬結果表明,氣溶膠霧霾是基於光化學產生的碳氫化合物,類似於地球上的煙霧。
科學家們指出,目前GJ1132 b中的大氣氫是來自原始大氣的氫,這些氫被行星熔化的岩漿地幔吸收,現在正通過火山過程緩慢釋放進而形成新的大氣。大家現在看到的大氣層被認為是不斷補充的,這樣可以平衡逃逸到太空中的氫。
這一發現可能會對太陽係以外的其他系外行星產生影響。
來自噴氣推進實驗室的論文主要作者Mark Swain表示:“有多少類地行星一開始不是類地行星?有些可能以次海王星的形式開始然後通過光蒸發原始大氣的機制變成陸地。這一過程在當恆星溫度更高時的行星生命早期起作用。然後恆星冷卻下來,行星就在那裡了。所以就有了這樣一種機制,你可以在最初的1億年裡把大氣層烤焦然後萬物就安定下來了。如果你能讓大氣再生,也許你就能留住它。”
在某些方面,GJ1132 b跟其距離約41光年的地球有著誘人的平行線,但在某些方面,它們卻非常不同。它們的密度、大小和年齡都差不多,約有45億年的歷史。它們的大氣都以氫為主,在冷卻之前都很熱。研究人員的研究甚至表明,GJ1132 b跟地球表面的大氣壓力極為相似。
然而兩顆行星的形成歷史卻截然不同。地球不被認為是倖存下來的亞海王星核。地球跟太陽之間的軌道距離適中。GJ1132 b則離它的紅矮星如此之近以至於它每隔一天半就繞它的主星繞一圈。非常近的距離使得GJ1132 b被潮汐鎖定,在任何時候都會向它的恆星顯示同一面–就像我們的月球使一個半球永遠面對地球一樣。
“問題是,是什麼讓地幔保持足夠高的溫度以保持液態並引發火山活動?”Swain問道,“這個系統非常特別,因為它有機會進行大量的潮汐加熱。”
潮汐加熱是一種通過摩擦發生的現象。GJ1132 b處於橢圓軌道上,當它離主星最近或最遠時,作用在它身上的潮汐力最強。在主星系統中至少有另外一顆行星也對這顆行星產生引力。其結果是,行星被這種引力擠壓或拉伸。潮汐的加熱使得地幔在很長一段時間內保持液態。在我們的太陽系中,木星的衛星木衛一就是一個例子,由於木星和鄰近木星衛星的潮汐拉鋸戰,木衛一擁有持續的火山活動。
考慮到GJ1132 b的高溫內部,該研究小組認為,該行星較冷的表層地殼非常薄,可能只有數百英尺厚。這不足以支撐任何類似火山的東西。由於潮汐的彎曲,它平坦的地形也可能會像蛋殼一樣裂開。氫氣和其他氣體則可以通過這些裂縫釋放出來。
據悉,NASA即將推出的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將有能力觀測這顆系外行星。