詹姆斯韦伯太空望远镜在一颗系外行星大气层中探测石英晶体

By Keith Cooper

2023/10/18

   Science & Astronomy

    石英晶体已经被发现在外世界WASP-17b气态巨行星上的大气层中高空云形成。

艺术家的WASP-17b富含硅酸盐的大气层的印象。 (Image credit: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI))

    詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）已经发现，每小时数千英里的微小石英晶体阵风正在吹过一颗叫WASP-17b的遥远气体巨行星的硅酸盐增强的灼热的大气层。

    英国布里斯托大学的丹尼尔格兰特和一项新研究的负责人在一份声明中说，“我们从哈勃[太空望远镜]的观测知道，在WASP-17b的大气层中一定是气溶胶 ------构成云或雾霾的微小颗粒，但我们没有预料到它们是由石英弄成的”。

    WASP-17b是一个令人难以置信的世界。WASP-17b每3.7天在一个刚好距离它的恒星仅780万公里（490万英里）上绕一圈，它距离地球1300光年远，WASP-17b离它的恒星宿主是如此近以至于它的日面温度上升到一个惊人的1500摄氏度（约2700华氏度）。因为在这颗系外行星上大气层是如此热，这个世界实际上已经扩展到大约285000公里（176892英里）跨度，直径只是羞于木星的两倍。尽管WASP-17b只有木星总质量的一半左右。WASP-17b是已知“最膨胀”的行星之一------它的臃肿的大气层使它成为詹姆斯韦伯太空望远镜的重要目标。

   格兰特和其他天文学家用詹姆斯韦伯太空望远镜的中红外仪器（MIRI）观察了WASP-17b过境它的恒星。随系外行星从詹姆斯韦伯太空望远镜的角度移动到它的恒星前面，中红外仪器检测到被浮肿行星本身阻挡但部分的被这个世界的大气层吸收的星光。这种测量造成一个所谓的透射光谱，其中某些波长被特定的大气分子阻挡掉。

    像木星一样，WASP-17b出现主要由氢和氦弄成。此外，中红外仪器检测到二氧化碳、水蒸气以及波长为8.6微米的纯石英晶体的吸收签名。结合之前用哈勃太空望远镜的观测，这些晶体被判断被形状为与地球上的石英一样的尖锐的六边形棱镜，但尺寸只是一个更吝啬的10纳米。

WASP-17b的透射光谱，显示石英如何阻挡波长为8.6微米的光。 (Image credit: NASA/ESA/CSA/Ralf Crawford (STScI))

    石英是硅酸盐的一种形式，硅酸盐是富含二氧化硅和氧的矿物质。硅酸盐超常的常见------太阳系中的所有岩石体都被从它们弄成，以前在热木星系外行星的大气层中已经检测到硅酸盐。然而，在这些案例中它们一直是更复杂的、富含镁的橄榄石和辉石晶体。

    布里斯托尔的汉娜韦克福德说，“我们完全期望来看硅酸镁，但我们正在看到的反而可能是这些东西的构建块，微小的种子颗粒需要来形成我们在更凉的系外行星和褐矮星中检测更大的硅酸盐颗粒”。

    WASP-27b潮汐上也被锁定，这意味着它总朝向它的恒星显示相同的面孔。随风一道携带石英纳米颗粒鞭打着行星，它们在昼夜终止区形成高空雾霾 ------基本上是弥漫的岩石晶体云。然后，这些雾霾冒险进入白天一面，并在热中蒸发。

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    格兰特解释了硅酸盐晶体最初如何被嵌入在一个行星大气层的。

    他说，“WASP-17b是极端热...石英晶体在大气层中形成高处的压力仅为我们在地球表面体验的压力的千分之一左右，在这些条件下，固体晶体能直接的从气体形成，不用首先通过一个液相”。

    这些发现于10月发表在 Astrophysical Journal Letters.