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第104章 WASP-12b

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这种“分层蒸发”模式,彻底推翻了此前“热木星大气均匀流失”的简单假设。正如主导这项研究的麻省理工学院天文学家萨拉·西格(Sara Seager)所言:“WASP-12b的大气就像一座正在融化的冰山,上层先碎裂坠入恒星,下层则在内部热量驱动下不断补充。这不是‘死亡’,而是一场‘缓慢的解体’。”

更令人震惊的是,JWST还发现了WASP-12b大气中水蒸气的异常存在。按常理,行星表面温度高达2500K,水蒸气应早已分解为氢与氧。但光谱数据显示,中间层的水蒸气浓度竟高达100ppm(百万分之一)——这是因为过渡层的温度恰好处于“水的分解阈值”(约3000K)以下,加上高层等离子体的“屏蔽效应”,使得部分水蒸气得以保留。这种“反常”的分子存活,为我们理解热木星大气的化学演化提供了全新视角。

六、群像对比:WASP-12b与其他“被吞噬行星”的异同

WASP-12b并非孤例。截至2024年,天文学家已在银河系中发现了约20颗“正在被恒星吞噬”的系外行星,它们共同构成了“行星蒸发”的观测样本库。通过对比这些行星的参数,我们能更深刻地理解:哪些因素决定了行星的“存活时间”?

(1)与WASP-19b的对比:恒星类型的差异

WASP-19b是一颗距离地球约815光年的热木星,轨道周期仅0.79天(比WASP-12b更短),宿主恒星是一颗K型矮星(比太阳小、温度更低)。尽管轨道更近,WASP-19b的质量流失速率(1.5×101? kg/s)却略高于WASP-12b——这似乎与“距离越近流失越快”的直觉矛盾。

进一步研究发现,关键差异在于恒星的磁场活动:WASP-19的主星是一颗年轻的K型矮星,磁场强度是太阳的5倍以上,频繁的耀斑与日冕物质抛射(CME)会向行星大气注入大量能量,加速电离与蒸发。而WASP-12的主星是一颗年老的F型恒星,磁场活动较弱,能量注入主要来自稳定的辐射。换句话说,WASP-19b的“额外能量”来自恒星的“暴脾气”,而WASP-12b则来自“长期的辐射烘烤”。

(2)与Kepler-1658b的对比:行星内部能量的作用

Kepler-1658b是一颗更极端的案例:它的轨道周期原本仅0.05天(约72分钟),距离宿主恒星(一颗白矮星前身)仅0.001天文单位(150万公里)——几乎贴着恒星表面运行。但最近的观测发现,它的轨道正在缓慢扩大(每年约0.0001天文单位),这意味着它并未像预期那样被快速吞噬。

原因在于行星内部的热量:Kepler-1658b是一颗质量达木星5倍的“超级热木星”,其内部因引力收缩仍在释放大量热量(类似木星的内部热源)。这些热量驱动强烈的对流,将深层气体输送到上层,增加了行星的整体“浮力”——相当于给行星裹了一层“隔热毯”,抵消了部分潮汐力的拉扯。天文学家模拟发现,若Kepler-1658b的内部热量消失,其轨道会在100万年内缩小至洛希瓣内,最终被恒星吞噬。

(3)共性:所有“被吞噬行星”的宿命

尽管存在差异,这些行星的命运仍有共同规律:

轨道周期短于10天:几乎所有被吞噬的行星都来自“热木星”种群,轨道极近恒星;

质量流失速率与恒星光度正相关:恒星光度越高,辐射压力越大,大气越容易被剥离;

最终会被“完全蒸发”:即使有内部热量或磁场保护,行星的质量终将耗尽——区别仅在于时间长短(从几十万年到几亿年不等)。

七、宇宙启示录:WASP-12b教给我们的事

WASP-12b的“慢性死亡”,不仅是天文学上的奇观,更是一面镜子,映照出宇宙中行星系统的“生存法则”。对我们而言,它的意义远超一颗系外行星本身:

(1)对“行星演化”的重新定义

传统观点认为,行星的演化是“静态”的——形成后便保持稳定,直到恒星死亡。但WASP-12b证明,行星是动态的“活天体”,它们的轨道、大气甚至内部结构,都在与恒星的相互作用中持续改变。这种“动态演化”不仅适用于热木星,也可能影响类地行星:比如,地球的月球正以每年3.8厘米的速度远离地球,而金星的逆向自转,可能正是早期与恒星或其它天体相互作用的结果。

(2)对“地外生命搜索”的警示

寻找地外生命时,我们常聚焦于“宜居带”(液态水存在的区域),但WASP-12b提醒我们:宜居性是“动态的”,而非“静态的”。一颗位于宜居带的类地行星,可能因以下原因失去“宜居性”:

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