棉花糖般的系外行星WASP 107b为何如此蓬松

根据发表在《自然》杂志上的两篇新论文，WASP-107b中隐藏着令人惊讶的少量甲烷和超大核心，WASP-107b 是一颗距离处女座约 212 光年的超级海王星系外行星。

WASP-107是一颗高度活跃的K型主序星，位于距我们约212光年的处女座。

WASP-107b 于 2017 年首次发现，是已知密度最小的系外行星之一，天体物理学家将这种类型称为“超级泡芙”或“棉花糖”行星。

这颗行星的轨道距离恒星非常近，比地球与太阳的距离近 16 倍以上，每 5.7 天运行一次。

它拥有所有已发现的系外行星中最冷的大气层之一，尽管它的温度为 500 摄氏度(932 华氏度)，但仍然比地球热得多。

高温被认为是行星略微非圆形轨道引起的潮汐加热的结果，并且可以解释 WASP-107b 为何能够如此膨胀，而无需诉诸极端的形成理论。

“根据其半径、质量、年龄和假设的内部温度，我们认为 WASP-107b 有一个非常小的岩石核心，周围环绕着大量的氢和氦，”亚利桑那州立大学的 Luis Welbanks 博士说，他是该论文的主要作者。第一篇论文。

“但很难理解这么小的核心如何能够扫除如此多的气体，然后又无法完全成长为木星质量的行星。”

“如果 WASP-107b 的核心质量更大，那么随着行星形成以来随着时间的推移冷却，大气层应该会收缩。”

“如果没有热源来重新膨胀气体，地球应该小得多。”

约翰霍普金斯大学的戴维博士说：“WASP-107b 对韦伯来说是一个非常有趣的目标，因为它比我们一直在研究的许多其他低密度行星(热木星)要冷得多，质量也更像海王星。”辛(Sing)，第二篇论文的主要作者。

“因此，我们应该能够检测到甲烷和其他分子，这些分子可以为我们提供有关其化学和内部动力学的信息，而这些信息是我们无法从更热的星球上获得的。”

WASP-107b 巨大的半径、广阔的大气层和边缘轨道使其成为透射光谱的理想选择，透射光谱是一种根据系外行星大气中各种气体对星光的影响来识别它们的方法。

Welbanks 博士及其同事结合韦伯近红外相机(NIRCam) 和中红外仪器(MIRI) 以及哈勃广域相机 3 (WFC3) 的观测结果，能够构建 0.8 至 12.2 微米的广谱光被 WASP-107b 的大气层吸收。

Sing 博士及其同事使用韦伯近红外光谱仪(NIRSpec) 建立了覆盖 2.7 至 5.2 微米的独立光谱。

数据的精确性使得不仅可以检测，而且可以实际测量大量分子的丰度，包括水蒸气、甲烷、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫和氨。

两张光谱都显示出 WASP-107b 大气中甲烷的含量令人惊讶：仅为基于其假设温度的预期含量的千分之一。

辛博士说：“这证明来自地球深处的热气体必须与较高处的较冷层剧烈混合。”

“甲烷在高温下不稳定。尽管我们确实检测到了其他含碳分子，但我们检测到的却很少，这一事实告诉我们，地球内部的温度一定比我们想象的要高得多。”

WASP-107b 额外内能的一个可能来源是其略呈椭圆形的轨道引起的潮汐加热。

随着恒星和行星之间的距离在 5.7 天的轨道上不断变化，引力也在变化，拉伸行星并使其升温。

天文学家此前曾提出，潮汐加热可能是 WASP-107b 浮肿的原因，但在韦伯结果出来之前，还没有任何证据。

一旦确定行星有足够的内部热量来彻底搅动大气层，研究人员就意识到光谱还可以提供一种估计地核大小的新方法。

“如果我们知道地球上有多少能量，并且知道地球上碳、氮、氧和硫等较重元素的比例，以及氢和氦的含量，我们就可以计算出地球上必须有多少质量。约翰霍普金斯大学的 Daniel Thorngren 博士说。

“事实证明，核心的质量至少是最初估计的两倍，这对于行星的形成方式更有意义。”

“总的来说，WASP-107b 并不像它曾经看起来那么神秘。”

“韦伯数据告诉我们，像 WASP-107b 这样的行星不必以某种奇怪的方式形成，具有超小的核心和巨大的气体包层，”亚利桑那州立大学的迈克·莱恩博士说。

“相反，我们可以采取更像海王星的东西，有很多岩石但没有那么多气体，只需调高温度，然后将其放大看看它的样子。”