热木星到底是什么？它和地球的气候有什么联系吗？

关注天文尤其是关注系外行星的朋友，应该经常听到这一个名词：热木星。从字面上不难理解，它是类似木星的一种高热气态行星。那么真实的热木星到底是什么样的呢？

热木星

首先，我们要感谢开普勒任务所带来的数据，让我们知道有许多被称为“热木星”的系外行星存在。这些是气态巨行星，它们的轨道距离恒星如此之近，以至于它们达到了极高的温度。它们也有奇特的大气，不过相当极端，这些大气包含了很多奇怪的东西，比如由氧化铝和钛雨组成的云。因此热木星也会下雨，只不过它和地球下的雨是完全不一样的！

热木星的质量上限约为木星质量的13.6倍。在这之上，它将熔化成氘，成为一个褐矮星。它们的轨道周期在1.2到111个地球日之间，轨道接近圆形，偏心率低。许多热木星的密度很低，它们被潮汐锁定在恒星上。它们在红矮星周围很少见，在F型和G型恒星周围很常见，在K型恒星周围不太常见。（字母代表着恒星的光谱）

我们之所以知道这么多的热木星是因为它们很容易被发现。当它们在恒星前面运行时，它们阻挡的光线比较小的行星要多得多。由于它们的轨道周期很短，所以在我们通过凌日观察捕捉到它们的机会相当高。由于热木星很容易被发现，而且是未来望远镜进行大气观测的最佳人选，一组天文学家为它们制作了一个云图。这个云图可以帮助我们识别在不同的热木星上发现的不同类型的大气和云的模型。虽然所有的热木星大体上相似，但它们确实会有一些差异。这些差异可以决定我们将在它们的大气中看到的物质。

比如在热木星上，这些高温大气中可能存在的云层种类，和我们太阳系中的云层并不相同。在热木星行星中预测的云层高度和组成的温度范围普遍偏高，温度范围相当于大约427-1927摄氏度。

热木星的气溶胶

当然，通过这项研究，我们可以对热木星的大气类型进行分类。由于气溶胶在温度、质量和年龄的大范围外系外行星大气中很常见。这些气溶胶强烈影响了对系外行星透射、反射和发射光的观测，混淆了我们对系外行星热结构和组成的理解。所以要了解热木星的大气，了解炽热木星大气中的气溶胶是重中之重，了解主要的气溶胶成分将有助于解释系外行星的观测结果和对其大气的理论理解，甚至帮助我们理解我们太阳系的行星以及卫星，比如较冷的气态巨行星木星、土星、天王星和海王星，以及由厚厚的、朦胧的大气层控制的土卫六等卫星。

在2019年，科学家曾经发现一颗系外行星的大气中可能有水蒸气甚至下雨。2020年，研究人员在一颗潮汐锁定的系外行星的夜晚发现了大气中的铁雨迹象。2013年10月，天文学家在开普勒太空船发现的第一颗系外行星开普勒7b上发现了云层覆盖的证据。

虽然热木星较为常见，但是由于它们的云层大多太厚，人类的光谱学无法工作，星光根本无法穿过。这使得天文学家无法研究大气层的深层，而那里恰好隐藏着关于行星的线索。而且科学家并不知道这些厚厚的云层是由什么构成的，但它们污染了我们的观察结果，从本质上说，这使我们更难评估水和甲烷等重要分子的组成和丰度。

不过有科学家认为，这些奇异的云可能是液体或固体气溶胶。因为这项研究的模型是根据围绕地球大气发展的模型改编而成，然后扩展到像木星这样的行星，木星的大气中含有甲烷和氨云。随后科学家将其扩展到包括温度高达2500摄氏度的热木星。

结论

科学家们还发现，在最热的热木星中，铝氧化物和钛氧化物凝结成高层云团，而在大气层较冷的系外行星中，这些云团形成在行星较深的地方，并被较高的硅酸盐云团遮住。如果行星温度更低，同样的硅酸盐云层会形成得更深，从而使上层大气更加清澈。根据他们的发现，科学家提出大气研究中最好的热木星是在两个温度范围内：一个温度范围在900K到1400K之间，另一个温度范围在2200K以上。在这两个温度范围内，高层大气是清晰的，允许对大气进行详细的观测。

不过在这项研究中有一个问题，那就是尽管热木星通常被潮汐锁定在恒星上，但是他们的模型并不能解释白天和夜晚的差异。然而，这对他们的研究成果没有多大的总体影响。在未来，科学家计划用更多的外行星观测来检验他们的模型，因为宇宙中有数千颗系外行星，而我们太阳系只有一颗木星，我们可以研究其中的一堆行星，看看它们的平均值是多少，以及与木星相比的平均值是多少。进而发现系外行星与我们的某种联系。