NASA的哈勃观测到系外行星大气层在3年内的变化

通过结合美国宇航局哈勃太空望远镜多年的观测以及计算机建模，天文学家发现了在880光年外的一颗木星大小的炽热行星上存在大规模气旋和其他动态天气活动的证据。

这颗名为WASP-121b的行星不适合居住。但这一结果是研究遥远世界天气模式的重要早期步骤，或许最终会发现具有稳定、长期气候的潜在宜居系外行星。

在过去的几十年里，对太阳系邻近行星的详细望远镜和航天器观测表明，它们的湍流大气层不是静态的，而是不断变化的，就像地球上的天气一样。这种变化也应该适用于其他恒星周围的行星。但需要大量详细的观察和计算模型才能真正测量这些变化。

为了实现这一发现，一个国际天文学家团队收集并重新处理了哈勃望远镜在2016年、2018年和2019年对WASP-121b的观测结果。

他们发现这颗行星有一个动态的大气层，随着时间的推移而变化。该团队使用复杂的建模技术来证明这些剧烈的时间变化可以通过系外行星大气中的天气模式来解释。

研究小组发现WASP-121b的大气层在观测结果之间显示出显着差异。最引人注目的是，由于系外行星的面向恒星的一面和黑暗的一面之间存在巨大的温差，可能会出现大规模的天气锋、风暴和大规模气旋，这些锋面、风暴和气旋会反复产生和破坏。他们还检测到系外行星最热区域和行星上最接近恒星的点之间存在明显的偏移，以及系外行星大气化学成分的变化(通过光谱测量)。

研究小组通过使用计算模型来帮助解释观察到的系外行星大气层的变化，得出了这些结论。“我们的系外行星大气模拟的非凡细节使我们能够准确地模拟像WASP-121b这样的超热行星上的天气，”加州帕萨迪纳加州理工学院的博士后研究员兼联合领导者JackSkinner解释道。这项研究的。“通过将观测限制与大气模拟相结合，我们向前迈出了重要的一步，以了解这些行星上随时间变化的天气。”

该团队的主要研究人员之一、马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所的欧洲航天局研究员昆汀·变更特(QuentinChangeat)说：“随着我们在观测系外行星上的天气模式方面取得进展，这是一个非常令人兴奋的结果。”“研究系外行星的天气对于了解其他星球上系外行星大气的复杂性至关重要，特别是在寻找具有宜居条件的系外行星时。”

该作品发布在arXiv预印本服务器上。

WASP-121b距离其母星非常近，轨道周期仅为1.27天。这种近距离意味着行星被潮汐锁定，因此同一个半球始终面向恒星，就像我们的月球总是以同一面指向地球一样。地球面向恒星的一侧白天温度接近3,450华氏度(2,150开尔文)。

该团队使用了四组哈勃档案观测的WASP-121b。完整的数据集包括对WASP-121b在其恒星前方凌日的观测(拍摄于2016年6月);WASP-121b从其恒星后面经过，也称为次日食(拍摄于2016年11月);WASP-121b的亮度与其与恒星的相位角有关(地球绕其母恒星运行时从系外行星接收到的光量变化，类似于月球的相位周期)。这些数据分别于2018年3月和2019年2月获取。

“组装的数据集代表了对单个行星的大量观测时间，并且是目前此类重复观测的唯一一致的数据集，”Changeat说。我们从这些观测中提取的信息用于推断不同时间WASP-121b大气的化学成分、温度和云层。这为我们提供了一幅关于地球随时间变化的精美图片。”

哈勃望远镜的独特能力也体现在其将通过12月1日开始的第31周期观测实现的广泛科学计划中。哈勃望远镜大约三分之二的时间将用于成像研究，其余时间则分配给光谱学研究，如用于WASP-121b的那些。有关Cycle31科学的更多详细信息，请参阅最近的公告。