此前,哈勃空間望遠鏡的觀測已證實asp12b的大氣正在以每秒10億噸的速率流失,且上層大氣充滿電離的金屬離子如鎂、鐵)。但jst的近紅外光譜儀nirspec)與中等分辨率光譜儀rs)則進一步揭示:這顆行星的大氣並非簡單的“均勻蒸發”,而是呈現出分層剝離的特征。具體來說,asp12b的大氣可分為三層:
最外層電離層):距離行星表麵約1000公裡,溫度高達k以上。這裡的氫、氦原子被恒星的紫外線與x射線完全電離,形成由質子、電子與金屬離子組成的等離子體尾,高速向後掠過恒星速度可達每秒5000公裡)。這一層的物質流失最劇烈,占整體流失量的70以上。
中間層過渡層):溫度降至30005000k,部分離子重新結合成分子如氫氧化鎂g(oh)?、二氧化矽sio?)。這些分子因重力作用短暫停留,但很快又被上層的高溫等離子體加熱,再次電離並流失。jst在此層檢測到了矽酸鹽顆粒的光譜特征——這是首次在係外行星大氣中發現固態顆粒的蒸發,暗示行星的岩石核心可能正在緩慢“溶解”。
內層對流層):貼近行星表麵,溫度約2500k。這裡的大氣以氫氦為主,因高壓保持分子狀態。但由於上層物質的流失,內層大氣正以“補給流失”的動態平衡維持著——行星內部的熱量驅動對流,將深層的氣體輸送到上層,再被恒星引力剝離。
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這種“分層蒸發”模式,徹底推翻了此前“熱木星大氣均勻流失”的簡單假設。正如主導這項研究的麻省理工學院天文學家薩拉·西格saraseager)所言:“asp12b的大氣就像一座正在融化的冰山,上層先碎裂墜入恒星,下層則在內部熱量驅動下不斷補充。這不是‘死亡’,而是一場‘緩慢的解體’。”
更令人震驚的是,jst還發現了asp12b大氣中水蒸氣的異常存在。按常理,行星表麵溫度高達2500k,水蒸氣應早已分解為氫與氧。但光譜數據顯示,中間層的水蒸氣濃度竟高達100pp百萬分之一)——這是因為過渡層的溫度恰好處於“水的分解閾值”約3000k)以下,加上高層等離子體的“屏蔽效應”,使得部分水蒸氣得以保留。這種“反常”的分子存活,為我們理解熱木星大氣的化學演化提供了全新視角。
六、群像對比:asp12b與其他“被吞噬行星”的異同
asp12b並非孤例。截至2024年,天文學家已在銀河係中發現了約20顆“正在被恒星吞噬”的係外行星,它們共同構成了“行星蒸發”的觀測樣本庫。通過對比這些行星的參數,我們能更深刻地理解:哪些因素決定了行星的“存活時間”?
1)與asp19b的對比:恒星類型的差異
asp19b是一顆距離地球約815光年的熱木星,軌道周期僅0.79天比asp12b更短),宿主恒星是一顆k型矮星比太陽小、溫度更低)。儘管軌道更近,asp19b的質量流失速率1.5x101?kgs)卻略高於asp12b——這似乎與“距離越近流失越快”的直覺矛盾。
進一步研究發現,關鍵差異在於恒星的磁場活動:asp19的主星是一顆年輕的k型矮星,磁場強度是太陽的5倍以上,頻繁的耀斑與日冕物質拋射e)會向行星大氣注入大量能量,加速電離與蒸發。而asp12的主星是一顆年老的f型恒星,磁場活動較弱,能量注入主要來自穩定的輻射。換句話說,asp19b的“額外能量”來自恒星的“暴脾氣”,而asp12b則來自“長期的輻射烘烤”。
2)與keper1658b的對比:行星內部能量的作用
keper1658b是一顆更極端的案例:它的軌道周期原本僅0.05天約72分鐘),距離宿主恒星一顆白矮星前身)僅0.001天文單位150萬公裡)——幾乎貼著恒星表麵運行。但最近的觀測發現,它的軌道正在緩慢擴大每年約0.0001天文單位),這意味著它並未像預期那樣被快速吞噬。
原因在於行星內部的熱量:keper1658b是一顆質量達木星5倍的“超級熱木星”,其內部因引力收縮仍在釋放大量熱量類似木星的內部熱源)。這些熱量驅動強烈的對流,將深層氣體輸送到上層,增加了行星的整體“浮力”——相當於給行星裹了一層“隔熱毯”,抵消了部分潮汐力的拉扯。天文學家模擬發現,若keper1658b的內部熱量消失,其軌道會在100萬年內縮小至洛希瓣內,最終被恒星吞噬。
3)共性:所有“被吞噬行星”的宿命
儘管存在差異,這些行星的命運仍有共同規律:
軌道周期短於10天:幾乎所有被吞噬的行星都來自“熱木星”種群,軌道極近恒星;
質量流失速率與恒星光度正相關:恒星光度越高,輻射壓力越大,大氣越容易被剝離;
最終會被“完全蒸發”:即使有內部熱量或磁場保護,行星的質量終將耗儘——區彆僅在於時間長短從幾十萬年到幾億年不等)。
七、宇宙啟示錄:asp12b教給我們的事
asp12b的“慢性死亡”,不僅是天文學上的奇觀,更是一麵鏡子,映照出宇宙中行星係統的“生存法則”。對我們而言,它的意義遠超一顆係外行星本身:
1)對“行星演化”的重新定義
傳統觀點認為,行星的演化是“靜態”的——形成後便保持穩定,直到恒星死亡。但asp12b證明,行星是動態的“活天體”,它們的軌道、大氣甚至內部結構,都在與恒星的相互作用中持續改變。這種“動態演化”不僅適用於熱木星,也可能影響類地行星:比如,地球的月球正以每年3.8厘米的速度遠離地球,而金星的逆向自轉,可能正是早期與恒星或其它天體相互作用的結果。
2)對“地外生命搜索”的警示
尋找地外生命時,我們常聚焦於“宜居帶”液態水存在的區域),但asp12b提醒我們:宜居性是“動態的”,而非“靜態的”。一顆位於宜居帶的類地行星,可能因以下原因失去“宜居性”:
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型矮星占銀河係恒星的70)的耀斑會剝離行星大氣,使表麵暴露在致命輻射下;
軌道收縮:若行星初始軌道過近,或恒星質量增加,軌道可能逐漸縮小,最終被恒星吞噬;
內部冷卻:類地行星的內部熱量會隨時間衰減,無法維持對流,導致大氣被潮汐力剝離。
正如nasa係外行星研究主任娜塔莉·巴塔利亞nataiebataha)所說:“我們尋找的不是‘位於宜居帶的行星’,而是‘能在宜居帶中存活足夠久的行星’。”
3)對“宇宙命運”的哲學思考
asp12b的死亡,本質上是引力與時間的勝利。在宇宙中,沒有天體能逃脫引力的束縛——恒星會吞噬行星,行星會撞擊恒星,黑洞會吞噬一切。但這種“毀滅”中,也蘊含著“新生”:asp12吞噬的物質,會富集在其外層大氣,改變恒星的化學組成;而這些物質,可能在未來的某一天,成為新行星的“建築材料”。
從更宏大的視角看,asp12b的故事,是宇宙“循環”的縮影:恒星形成於星周盤,行星形成於恒星的星周盤,行星最終又回歸恒星——一切都是物質的循環,一切都是能量的流轉。正如卡爾·薩根所言:“我們是宇宙認識自己的方式。”asp12b的死亡,讓我們更深刻地理解了這個“方式”。
八、終章:一顆行星的“遺產”
截至2024年,asp12b的質量已流失了約0.01相當於2.4x102?kg,約等於地球質量的4倍)。按照目前的速率,它將在約1000萬年後完全蒸發——屆時,恒星asp12的大氣中將留下這顆行星的“化學印記”:更高的金屬豐度,以及水蒸氣、矽酸鹽的痕跡。
對天文學家而言,asp12b的“遺產”遠不止這些:它是驗證行星蒸發理論的“活樣本”,是研究恒星行星相互作用的“實驗室”,更是我們理解宇宙演化的“鑰匙”。而對普通人來說,這顆遙遠的蛋形行星,或許是一個提醒:我們所處的太陽係,或許正處於宇宙中的“黃金時代”——地球尚未被吞噬,生命仍在繁衍。但宇宙從不會停止變化,珍惜當下,或許才是對這顆藍色星球最好的回應。
資料來源與術語說明
本文數據綜合自以下來源:
觀測數據:nasa詹姆斯·韋布空間望遠鏡jst)的nirspec與rs光譜數據20222023年);歐洲南方天文台eso)關於asp12b大氣分層的研究《自然·天文學》2023年第6期)。it)關於“分層蒸發”的數值模擬2023年);萊斯特大學asp項目組對行星內部能量的研究《天體物理學雜誌》2024年第1期)。
術語定義:
洛希瓣robe):行星引力能束縛物質的臨界區域,超出部分會被恒星捕獲參考《天體物理學導論》,carro&ostie著)。
潮汐力:引力梯度導致的變形力,是行星被吞噬的主要機製參考《行星科學導論》,depater&issauer著)。
熱木星hotjupiter):質量與木星相當、軌道極近恒星的氣態巨行星參考nasa係外行星檔案)。
本文所有科學結論均基於同行評議的學術論文與權威機構數據,確保真實性與時效性。
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