韦伯太空望远镜首次捕捉到系外行星WASP-107 b的内部细节

棉花糖般的行星WASP-107 b中隐藏着令人惊讶的低甲烷含量和超大内核。这些发现基于詹姆斯-韦伯太空望远镜获得的数据，标志着对系外行星核心质量的首次测量，很可能成为未来行星大气和内部研究的基础，而这是寻找太阳系外宜居世界的一个关键方面。

艺术家绘制的 WASP-107 b 概念图显示了该行星气体包层中的湍流大气混合。资料来源：Roberto Molar Candanosa/Johns Hopkins 大学

詹姆斯-韦伯太空望远镜的数据显示，WASP-107 b 的甲烷含量大大低于预期，而且其内核大得出奇，为了解其大气化学和内部动力学提供了关键信息。

第一作者、约翰-霍普金斯大学布隆伯格地球与行星科学杰出教授戴维-辛（David Sing）说："观察数百光年外的行星内部听起来几乎是不可能的，但是当你知道了它的质量、半径、大气成分和内部的热度之后，你就掌握了了解内部情况以及核心有多重所需的所有信息。"现在，我们可以为不同星系中的许多不同气体行星做这件事了。"

这项研究最近发表在《自然》杂志上，研究结果表明，这颗行星的甲烷含量比预期少一千倍，地核质量比地球大12倍。

WASP-107 b 的艺术家概念图，这是一颗温暖的类似于海王星的系外行星，距离地球约 200 光年。图片来源：Roberto Molar Candanosa/Johns Hopkins 大学

WASP-107 b 是一颗被炙热的大气层包裹着的巨型行星，它像棉花一样蓬松，围绕着大约 200 光年外的恒星运行。它之所以蓬松，是因为它的构造：木星大小的世界，质量只有木星的十分之一。

尽管它有甲烷--地球上生命的组成成分--但由于其距离母恒星很近，而且缺乏固体表面，这颗行星并不被认为是宜居的。但它可能蕴藏着行星晚期演化的重要线索。

在《自然》杂志发表的另一项研究中，其他科学家也用韦伯望远镜发现了甲烷，并对这颗行星的大小和密度提供了类似的见解。

辛说："我们想研究与太阳系气态巨行星更相似的行星，它们的大气中含有大量甲烷。这就是WASP-107 b的故事变得非常有趣的地方，因为我们不知道为什么甲烷含量如此之低"。

新的甲烷测量结果表明，当甲烷分子从行星内部向上流动时，会与上层大气中的其他化学物质和星光相互作用，转化成其他化合物。研究小组还测量了二氧化硫、水蒸气、二氧化碳和一氧化碳，发现WASP-107 b的重元素含量超过天王星和海王星。

这颗行星的化学特征开始揭示行星大气在极端条件下的表现这一难题的关键部分。他的团队将在明年利用韦伯望远镜对另外25颗行星进行类似的观测。"我们从未能够详细研究系外行星大气中的这种混合过程，因此这将大大有助于我们了解这些动态化学反应是如何进行的。当我们开始研究岩石行星和生物标志物特征时，我们肯定需要这些东西。"

共同领导这项研究的约翰-霍普金斯大学行星科学博士生扎法尔-鲁斯塔姆库洛夫（Zafar Rustamkulov）说，科学家们曾猜测这颗行星过度膨胀的半径是由内部热源造成的。通过将大气层和内部物理学模型与韦伯的 WASP-107 b 数据相结合，研究小组解释了这颗行星的热力学如何影响其可观测到的大气层。

鲁斯塔姆库洛夫说："这颗行星有一个炙热的内核，这个热源正在改变深层气体的化学成分，同时也在推动这种从内部涌出的强烈对流混合。我们认为，这种热量正在导致气体的化学性质发生变化，特别是破坏了甲烷，使二氧化碳和一氧化碳的含量升高。"

这些新发现也是科学家们能够在系外行星内部与其大气层顶部之间建立的最清晰联系。去年，韦伯望远镜在大约700光年外的一颗名为WASP-39的系外行星上发现了二氧化硫，首次证明了大气中的化合物是由星光驱动的反应生成的。

约翰斯-霍普金斯大学的研究小组目前正在重点研究是什么可能使地核保持高温，并期待可能有类似于导致地球海洋潮涨潮落的力量在起作用。他们计划测试这颗行星是否受到恒星的拉伸和牵引，以及如何解释内核的高热。

编译来源：ScitechDaily