一艘14英寸航天器提供了有关热木星的新细节

一个麦片盒大小的航天器对被称为“热木星”的大型蓬松行星的大气层进行了精确测量。由科罗拉多大学博尔德分校的一个团队领导的研究结果可能有助于揭示这些世界和许多其他世界周围的大气如何逃逸到太空中。

这些观测结果是来自美国宇航局艰苦工作的科罗拉多紫外线凌日实验(CUTE)航天器的第一个结果。

该任务的首席研究员KevinFrance将于12月11日星期一下午4:30在旧金山举行的美国地球物理联盟2023年会议上向媒体介绍该小组的结果。

这艘长度仅为14英寸的小型航天器可能很可爱，但其发表在《天文学杂志》上的科学发现却绝非如此。自2021年9月发射以来，CUTE已将其单一紫外线望远镜瞄准了一系列热木星，距离地球约数百光年。

热木星是银河系中最热、最愤怒的行星之一。正如它们的名字所暗示的，它们是像我们的木星一样的气态巨行星。然而，这些行星距离它们的母恒星更近，大约每几个地球日完成一次轨道运行。在这个过程中，恒星辐射将炽热的木星加热到数千华氏度，它们的大气层膨胀到巨大的尺寸，有点像烤箱中发酵的面包。

研究人员长期以来一直怀疑，恒星辐射的持续撞击可能会在数百万至数十亿年的时间里剥夺一些系外行星周围的大气层。CUTE的数据表明，这个过程可能没那么简单。

CUTE团队由几名本科生和研究生组成，迄今为止已经观测到了七颗热木星，并且正在进行更多观测。其中一些似乎正在失去气氛，但另一些则没有。

大气与空间物理实验室(LASP)和天体物理与行星科学系的副教授弗朗斯说：“行星似乎有各种各样的味道。”

他补充说，CUTE正在帮助科学家为银河系中存在的多种行星(包括那些看起来与地球近邻完全不同的行星)制定实地指南。

“我们想了解我们的太阳系如何融入宇宙中的太阳系家族，”弗朗斯说。“这意味着了解大行星、小行星、有生命的行星和绝对没有生命的行星，以及在这些行星上运行的所有重要物理过程。”

这里变得很热

CUTE的科学成功之路并不平坦。

当航天器首次进入环绕地球的轨道时，弗朗斯和他的同事很快注意到它似乎遇到了一些故障——这对于许多小型卫星或立方体卫星来说是正常的问题，它们经常测试以前从未飞入太空的技术。在一个案例中，保护CUTE望远镜的快门在不应该关闭的时候不断地突然关闭。

这个由几名本科生和研究生组成的团队并没有放弃。研究人员命令航天器打开快门，然后耗尽为其供电的电池，防止装置再次关闭。

“CUTE今天仍在工作并收集数据，”弗朗斯说。“当我们得到第一个真正的科学成果时，真的很令人兴奋。”

CUTE观察遥远的行星从其母恒星前面经过时，导致这些恒星发出的紫外线在此过程中变暗。在某些情况下，航天器非常精确，它可以检测到星光何时变暗1%。

在9月份发表在《天体物理学杂志快报》上的一篇论文中，研究人员描述了他们对一个名为WASP-189b的世界的观察结果。这颗行星围绕天秤座的一颗恒星运行，距离地球300多光年(即数千万亿英里)。根据研究小组的研究结果，它的温度也令人难以置信，其大气温度达到大约15,000华氏度。这比太阳表面热数千度。

CUTE的观测还表明，气体正在以每秒约4亿公斤(近9亿磅)的类似惊人速度从WASP-189b周围逸出。

行星演化

并不是所有CUTE在头两年研究的行星都如此令人兴奋。在未发表的结果中，研究小组观察到了第二颗名为MASCARA-4b的行星，它似乎根本没有损失太多气体。其他的，比如KELT-9b，则处于中间位置。

弗朗斯和他的同事希望他们的研究结果能够帮助揭示为什么一些行星失去了大块大气层，而另一些行星则基本保持不变。他怀疑这与行星本身(较大的行星产生更强的引力)和恒星的动力学(更活跃的恒星可能比平静的恒星对行星造成更大的破坏)的组合有关。

随着时间的推移，这些相同的过程可能会塑造地球太阳系内外的行星。例如，科学家们推测火星曾经拥有更厚的大气层，但太阳在数十亿年的时间里将其侵蚀殆尽。

大气逃逸也可以解释一类被称为“超级地球”的行星的起源，这些行星比我们的世界稍大。

“有大量证据表明，超级地球最初是海王星大小的行星，拥有巨大而蓬松的大气层，然后失去了如此多的质量，只剩下岩石核心和可能稀薄的大气层，”弗朗斯说。

他说，CUTE最大的遗产可能是它对学生的影响。此次任务的大约20人的小团队几乎参与了航天器生命周期的各个方面——从建造卫星到发射卫星、向其发送命令，再到下载和分析科学数据。CUTE目前在距地球表面约326英里(525公里)的轨道上运行，预计将于2027年重新进入大气层。

“所有这些事情都是在美国宇航局大型任务中发生的，只是规模要大得多，”弗朗斯说。“我们的学生和早期职业科学家正在获得从提案阶段一直到推出科学产品的完整经验。”