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391光年外的地狱行星,天空下铁雨,抬头看满...

据科学家的测量,铁的熔点是1538℃。顾名思义,当温度高于这个值的时候,连铁都会融化。

对于地球上的我们来说,想把铁加热到融化,需要工厂里或者实验室里的各种燃料才可以。那么,你能想象在一颗行星上,仅仅是平常的气温,就可以将铁融为铁水,甚至下铁雨吗?

超高温行星

这颗行星,叫做WASP-76b。

WASP-76b是2013年被发现的一颗系外行星,位于大约391光年以外,属于典型的热木星(气体巨星,过于靠近宿主恒星而拥有着极高的温度)。它的直径大约是木星的1.83倍,质量略小于木星,大约是后者的92%。

木星和WASP-76b的对比假想图

观测,WASP-76b距离宿主恒星只有大约494万公里,也就是日地距离的3.3%,公转周期仅1.8个地球日。偏赶上它的宿主恒星WASP-76也不是个“省油的灯”,半径是太阳的1.73倍,质量是太阳的1.46倍,所以温度也比太阳更高,达到了6250摄氏度。

距离太近,还会带来另一个可怕的后果,那就是潮汐锁定。因此,WASP-76b永远只有一面可以朝向自己的宿主恒星。如果有人可以站在这里看天空,就会发现整片天空几乎全是太阳……

从早到晚,无休无止地这么烤着,WASP-76b朝向宿主恒星的一面(以下简称正面,反之成为反面)的温度于是居高不下。因此,这里的温度简直高得离谱,达到了令人恐怖的2400℃。在这个温度下,别说人,铁都会融化。甚至很多分子都承受不住这样的高温,分裂成原子。

WASP-76b假想图

按说,既然只有一面朝向宿主恒星,那另一面总该凉快一点了吧?不过,瘦死的骆驼比马大,即使背面相对正面凉快得多,但是毕竟是同一颗星球,空气是可以流动的,所以背面也没好到哪里去。根据科学家的观测,WASP-76b的背面也有1500℃。

于是,瑞士日内瓦大学天文学副教授戴维·埃伦里希所说的宇宙中“最极端的气候”,就这样上演了:在WASP-76b 的正面,铁被烤得融化掉,进入到空气中,形成了铁做的云。在巨大温差所导致的时速高达18000公里的狂风下,铁云被吹到了背面。由于背面的气温低于熔点,铁于是凝固落下,形成了一场铁雨。

ESPRESSO望远镜

这个恐怖的天气不是科幻作家描绘的,也是天文学家比喻的,而是他们检测结果所暗示的。欧洲南方天文台的甚大望远镜(VLT)上的ESPRESSO望远镜在对WASP-76b 进行了长达60天的观测,ESPRESSO望远镜其实是一个摄谱仪,专门用来观测系外天体的各种吸收光谱,其中铁的谱线就是它在对WASP-76b的观测中重点研究的一项。欧南台的科学家发现,在对WASP-76b 的晨昏线两侧,铁的谱线呈现出完全不同的状态,据此推断出了铁雨的存在。

那么,吸收光谱是个啥,它为何能检测出WASP-76b有铁雨呢?

相信如果我不解释一下,很多人又要说“反正没法去看,科学家随便编”这种话了(虽然解释完了,可能还是有人这么说,但还是解释一下吧)。咱们今天借此机会,解释一下其中的原理,算是【科学有道理】栏目的番外篇了~

吸收光谱

所谓的吸收光谱,就是用温度很高的白光透过温度较低的气体后,再利用分光镜来观测气体成分的一种手段。没错,就是有点类似于散射的原理,但是并不一样。

我们知道,白光其实就是红色到紫色的各种光叠加在一起的结果,在透过分光镜后,会重新分散开。但是,在透过分光镜之前,如果先让它透过某种气体,那么气体里的成分会吸收一小部分频率的光波,也就是某种颜色的光谱。所以,这道被分散的光所形成的光谱,原本应该是赤橙黄绿蓝靛紫这样的顺序排列,却因为有一部分被吸收,中间出现一点暗斑。不同的物质,所形成的暗斑特征不同,这就可以帮助科学家分析气体中的成分。

ESPRESSO望远镜就是有这样的对吸收光谱进行分析的强大功能。它的全称是用于岩态系外行星和稳定光谱观测的阶梯光谱仪(这名字起的……),英文名就是Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanets and Stable Spectroscopic Observations,有趣的是,这些单词的首字母拼在一起ESPRESSO正好是蒸馏咖啡的意思。

ESPRESSO望远镜包括四台8.2米的反射镜,在工作时可以单独使用,或者集体配合使用,非常灵活。

在对WASP-76b检测的过程中,ESPRESSO发现了正面的铁谱线,这是铁在正面的高温作用下变成蒸气才会出现的。而一过晨昏线,背面就完全检测不到铁的吸收谱线了,科学家正是由此作出了上面的推断的。

总结

其实,WASP-76b也不是宇宙中最热的行星,目前发现最热的行星是KELT-9b,温度高达4327℃。不过,可惜它并没有入选ESPRESSO观测的行列中来,没准以后科学家会对它进行观测

WASP-76b的恶劣环境,对于科学家来说,是一个绝佳的机会,可以对这种酷热的天体进行一次深入的研究,看看如此恐怖的高温下,物质会有怎样的变化。不过,单从生存的角度来说,它对人类还是不太友好的。

说到这里,我觉得有一首歌改编一下,还挺适合它的:雨一直下,气氛不算融洽,在同个天空下,你渐渐感到铁在融化……

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