新研究表明：拥有熔岩海洋的行星也有大气层

【博科园–科学科普】超级地球55 Cancri e(aka)，Janssen(Janssen)就像外行星一样出名。这颗行星最初于2004年被发现，是开普勒任务的发现者之一。到2016年它也是第一个成功的外行星。多年来在这个星球上进行了几项研究，揭示了一些关于它的组成和结构的有趣的事情。

这颗超级地球的系外行星55 Cancri e在这个艺术概念图中被描绘成一颗恒星，它的大气层可能比地球厚，但其成分可能与地球大气层相似。图片版权：NASA/JPL

例如科学家曾一度认为55 Cancri e是一颗“钻石行星”，而最近根据斯皮策太空望远镜(Spitzer Space Telescope)的数据得出的结论是，它的表面覆盖着热熔岩的湖泊。然而由美国宇航局喷气推进实验室的科学家进行的一项新的研究表明，尽管有强烈的表面热量，55 Cancri e的大气层与地球相比只是更热！

这项名为“超级地球55 Cancri e大气的案例”的研究最近发表在《天体物理学杂志》上。由伊莎贝尔安吉洛(物理专业与加州大学伯克利分校)的协助下Renyu——天文学家哈勃的喷气推进实验室和加州理工学院-斯皮策的两人进行了更详细的分析数据来确定大气的可能性和组合约55 Cancri e。

在母星前的超级地球55 Cancri e的艺术图。图片版权：ESA/NASA

之前对这个行星的研究发现，这个超级地球(它的体积是我们地球的两倍)，轨道非常接近它的恒星。因此它的轨道周期很短，约为17小时40分钟，而且是潮汐锁定的(一边不断朝恒星方向靠近)。在2013年6月到7月间，斯皮策观察到55 Cancri e，并使用其特殊的红外摄像机获得了温度数据。

最初温度数据被认为是地表上存在大量熔岩的迹象。然而在对这些数据进行重新分析并结合之前胡开发的一种新模型后，团队开始怀疑这种解释。根据他们的研究结果，这个星球的大气层一定很厚，因为暴露在太空中的熔岩湖会产生高温。

更重要的是白天和夜晚的温度差异并不像以前认为的那样重要——这是大气的另一个迹象。通过对行星亮度变化与能量流模型的比较，研究小组得出结论，大气中挥发性物质是最高温度的最佳解释。正如Renyu Hu在最近的NASA新闻声明中解释的那样：如果这个星球上有熔岩，它就需要覆盖整个表面。”但在厚厚的大气层中，熔岩将被隐藏在我们的视野之外。科学家们一直在争论这个行星是否有像地球和金星这样的大气层，或者只是一个岩石的核心，没有大气层，比如水星。现在的气氛比以往任何时候都更加强烈。

利用改进模型的热如何流在整个地球和辐射回太空,他们发现天一边将平均温度约2573 K(2300°C;4200°F)。与此同时“冷”一边将平均温度约1573 – 1673 K(1300 – 1400°C;2400 – 2600°F)。如果地球没有大气层，温度的差异将会更加极端。

至于这种大气的构成，安吉洛和胡透露：它很可能与地球上的氮、水甚至氧气相类似。虽然温度高得多，但大气密度也似乎与地球相似，这表明地球很可能是岩态组成。在不利的一面，温度对表面来说太热了，无法维持液态水，这使得居住环境变得不容易。

最终这项研究之所以成为可能，是因为胡的开发方法使得研究系外行星的大气层和表面更容易。安吉洛是这项研究的负责人，她在与喷气推进实验室的实习过程中，将胡克的模型应用到55 Cancri e。此前这一模型只适用于那些接近各自太阳的大型气体行星——“热木星”

当然这一研究也有一些有待解决的问题，比如55 Cancri e如何避免将大气层失去空间。考虑到行星与恒星运行的距离，以及它是潮汐锁定的事实，它将受到强烈的辐射。进一步的研究可能有助于揭示这是如何发生的，并有助于增进我们对大岩石行星的理解。

这一模型在超级地球上的应用，是近年来系外行星研究进展的完美范例。最初，科学家们被限制在研究靠近他们的恒星(以及他们各自的大气层)附近的气态巨行星，因为这些是最容易发现和描述的。但由于仪器和方法的改进，我们能够研究的行星的范围正在增长。

知识：科学无国界，博科园-科学科普

参考：NASA, The Astrophysical Journal

作者：Matt Williams

来自：Universe Today

编译：中子星

审校：博科园