可观测Universe 第86章 WASP－121b

WASP-121b (系外行星)

· 描述：下着“液态宝石”雨的世界

· 身份：围绕恒星WASP-121运行的热木星，距离地球约850光年

· 关键事实：其大气层中含有气态铁和刚玉（蓝宝石和红宝石的构成矿物），可能在背阳面凝结成液态宝石雨滴。

WASP-121b：850光年外的“宝石雨世界”——热木星大气层的极端循环与宇宙多样性（第一篇）

——从“烧红的铁球”到“液态蓝宝石”的宇宙气象奇观

一、宇宙中的“极端气象”：当我们谈论“行星下雨”时，我们在谈什么？

在地球，雨是水蒸汽遇冷凝结的产物——从云层到地面，是温柔的循环；在泰坦（土卫六），雨是液态甲烷——顺着甲烷河流注入湖泊，是寒冷世界的“眼泪”；而在850光年外的WASP-121b，雨是液态铁与刚玉——蓝宝石和红宝石的构成矿物，从烧红的大气层坠落，砸向岩浆般的地表。这不是科幻小说的情节，而是天文学家通过光谱数据还原的“真实宇宙场景”。

当我们说“系外行星有极端环境”时，WASP-121b是绕不开的案例。它是一颗热木星（Hot Jupiter）——质量与木星相当，但轨道极近恒星，被恒星的炙烤加热到足以让金属汽化的温度。而它的独特之处，在于大气层中的重金属（铁、镁、铬）与刚玉颗粒：白天，这些物质以气态形式漂浮在2500℃的高空；夜晚，温度骤降到1000℃以下，蒸汽凝结成液态滴，形成“宝石雨”。

这颗行星的发现，不仅刷新了人类对系外行星大气层的认知，更让我们意识到：宇宙中的“天气”，远比我们想象的更“奢华”、更“暴烈”。它像一面镜子，照出了行星系统的多样性——地球的“温和”不是宇宙的常态，而“极端”才是。

二、宿主恒星WASP-121：一颗“超亮的熔炉”

要理解WASP-121b的“宝石雨”，首先得认识它的“幕后推手”——宿主恒星WASP-121。

WASP-121是一颗F型主序星（光谱型F6V），位于船尾座（Puppis），距离地球约850光年。它的质量是太阳的1.35倍，半径是太阳的1.45倍，表面温度高达6500K（比太阳高约700K），光度是太阳的3.5倍。简单来说，这是一颗“更亮、更热、更活跃”的太阳——它的紫外辐射强度是太阳的5倍，恒星风也更强烈。

对于行星而言，这样的恒星既是“能量源”，也是“破坏者”。WASP-121的强辐射会持续烘烤WASP-121b的大气层，导致气体膨胀、重金属汽化；而恒星风则会剥离行星的外层大气——但有趣的是，WASP-121b的大气层并没有被完全剥离，反而因为“潮汐加热”保持了足够的密度，让重金属得以凝结成雨。

“WASP-121的‘热度’刚好卡在‘能汽化金属，但不足以剥离大气’的临界点，”参与WASP-121b研究的剑桥大学天文学家尼库·马杜苏丹（Nikku Madhusudhan）解释，“这让行星的大气层处于‘动态平衡’——一边被恒星加热汽化，一边因重力收缩凝结，形成了独特的循环。”

三、WASP-121b：热木星的“膨胀版”

WASP-121b是一颗典型的热木星，但它的参数比普通热木星更“极端”：

轨道距离：仅0.025天文单位（AU，1AU=1.5亿公里）——相当于地球到太阳距离的1/40，或者说，距离恒星仅370万公里（比水星轨道近10倍）。

公转周期：1.27天——它的一年只有1天多一点，恒星在它的天空中是一个巨大的“火球”（视直径约25角分，是太阳的1/3）。

质量与半径：质量1.18倍木星（约380倍地球质量），半径1.81倍木星（约20万公里，是木星的1.8倍）。为什么半径比木星大？因为潮汐加热——恒星的引力会拉伸行星的形状，产生内部摩擦，释放热量，让行星膨胀。就像揉面团时，面团会变大——WASP-121b就是被恒星“揉”大的热木星。

表面温度：白天赤道地区的温度高达2500℃（比太阳表面温度的一半还高），背阳面则骤降到1000℃以下。这种“冰火两重天”的温差，是形成“宝石雨”的关键。

四、大气层的“金属狂欢”：从光谱中读懂“宝石的信号”

WASP-121b的大气层之所以特殊，在于它含有大量重金属蒸汽和刚玉颗粒。这些物质的发现，要归功于两代空间望远镜的“光谱手术刀”：

（1）哈勃望远镜的“紫外线索”

2018年，天文学家利用哈勃空间望远镜的广角相机3（WFC3），对WASP-121b进行了凌日光谱观测——当行星穿过恒星前方时，恒星的光线会穿过行星大气层，留下“吸收指纹”。数据显示，WASP-121b的大气层中含有气态铁（Fe）和气态镁（Mg）的吸收线——这意味着，在白天的炽热大气层中，这些金属以蒸汽形式存在。

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