圖:ESO/M. Kornmesser

天文學家使用智利阿他加馬沙漠(Atacama Desert)歐洲南方天文台(European Southern Observatory)的甚大望遠鏡(Very Large Telescope)觀察到一顆奇特的星球,並認為上面可能下著鐵雨。

高溫差行星

這顆極度炙熱的巨大太陽系外行星(exoplanet)座落於約 640 光年的雙魚座,被命名為 WASP-76b。這顆行星白天溫度會攀升至攝氏 2,400 度,高溫足以使金屬蒸氣化,強風則帶著鐵蒸氣在夜晚凝結成鐵雨。主導此研究的瑞士日內瓦大學(University of Geneva)大衛·艾倫萊希教授(David Ehrenreich)表示:「我們可以說這顆星球在晚上會下雨,而且是下鐵雨。」

會發生這種奇特的現象,是因為這顆行星永遠只會以其中一面對著其母恆星(parent stat),這一面永遠是白天(永晝區),而另一面則是永遠的黑夜(永夜區)。就像月球永遠以同一面朝向地球軌道運行一樣,WASP-76b 也是「潮汐鎖定」(tidally locked),也就是說,繞其自轉軸旋轉一圈所需的時間,與繞恆星公轉一圈所需的時間相同。

在永晝區,WASP-76b 從其母恆星獲得的輻射是地球從太陽獲得能量的數千倍。它如此的酷熱,以至於可以將分子分解成原子,而鐵等金屬則蒸發到大氣中。在日間及夜間的極端溫差形成強勁的風,帶著鐵蒸氣從極熱的永晝區吹向陰涼、溫度降至約攝氏 1,500 度的永夜區。

大氣化學差異

此研究表示,WASP-76b 不僅有不同的日夜溫度,永晝區和永夜區的化學性質也不同。天文學家使用安裝在歐洲南方天文台甚大望遠鏡上的「岩石太陽系外行星及穩定光譜觀察用階梯光學光譜儀」(Echelle Spectrograph for Rocky Exoplanet- and Stable Spectroscopic Observations,ESPRESSO),首次辨識出這顆超熱行星上的化學變異,研究人員在行星永夜區邊界處偵測到強烈的鐵蒸氣訊號。艾倫萊希教授表示:「但令人驚訝的是,我們沒有在永晝區偵測到鐵蒸氣。這是因為在這顆極端星球上,鐵雨是降在永夜區。」

西班牙馬德里天體生物學中心(Centre for Astrobiology)的天體物理學家暨 ESPRESSO 科學團隊主席歐梭里歐博士(María Rosa Zapatero Osorio)補充:「觀察結果顯示,在 WASP-76b 的炙熱白天,鐵蒸氣充斥於大氣中。其中一部分的鐵因為行星自轉及大氣強風而被帶往永夜區。在那裡,鐵遇到了較低溫的環境而凝結,並開始降雨。」

最新觀測設備

WASP-76b 的觀察結果,是 2018 年 9 月 ESPRESSO 建立以來的首次科學觀測。ESPRESSO 最初是設計用來在類似太陽的恆星附近尋找類似地球的行星。然而,事實證明它具有更多用途。歐洲南方天文台的 ESPRESSO 儀器科學家佩卓·菲格拉博士(Pedro Figueira)表示:「我們很快發現甚大望遠鏡出色的收集能力及 ESPRESSO 的極高穩定性,使其成為研究太陽系外行星大氣的主要儀器。」

參考資料:

  1. Science Release, (2020, March 11). ESO Telescope Observes Exoplanet Where It Rains Iron. ESO
  2. Ehrenreich, D. et al., (2020, March 11). Nightside condensation of iron in an ultrahot giant exoplanet. Nature. doi.org/10.1038/s41586-020-2107-1
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