【宇宙科普】怎麼會有這樣的行星,體積是地球1000倍,密度卻只有地球2%

天空之城 2021/01/21 檢舉 我要評論
 

哇!真的第一次見哎,知识不会,只是姿势不对;科学凡此种种,用人话讲才能听懂

文/天空之城

 

最蓬鬆的行星

在太陽系內,木星是最巨大的行星,其直徑大約是地球的11.2倍,質量是地球的318倍。我們知道,地球的密度約為每立方釐米5.5克,可以計算得出,木星的密度是大約每立方釐米1.326克。

相比之下,土星是太陽系內最「輕」的行星,它的體積是地球的830倍左右,質量卻僅有地球的95倍。計算後可以得知,土星的密度僅為每立方釐米0.687克,比水還小。如果有足夠大的海洋把整個太陽系扔進去的話,只有土星會漂浮在水面上。

不論是木星的質量還是土星的密度,都已經足夠驚人,但放眼整個宇宙,它們就顯得並不突出了。

在221光年以外,有一顆系外行星,成為了目前人類已知密度最小、最為蓬鬆的行星。它的發現,不僅從資料上震驚了我們,甚至突破了科學家現有的理論,令人們困惑不已。

超級泡芙行星

這顆行星名為WASP-107b,圍繞著一顆K型主序星WASP-107公轉。K型主序星又被稱為橙矮星,溫度、體積、質量都略低於太陽。WASP-107的質量大約是太陽的69%,表面溫度約為4430K,比太陽低了許多。

但是,WASP-107b並沒有因此就比太陽系的行星冷,因為它距離宿主恒星非常近,接收到的輻射也多得多。觀測結果表明,它圍繞宿主恒星公轉一圈僅需5.7天,是太陽系最內側行星水星公轉週期的6。48%。在如此近的距離下,WASP-107b的溫度也高得驚人,達到了462℃,比水星還熱,和太陽系金星差不多。

和金星不同的是,WASP-107b並非岩石行星。它的體積非常巨大,半徑達到了木星的94%,可見是一顆典型的氣體巨星,也是所謂的熱木星。由於表面溫度過高,且主要由氣體構成,所以熱脹冷縮效應尤其明顯,導致它極度的蓬鬆,並且有大氣在不斷蒸發。

正是在這樣的情況下,WASP-107b密度就變得非常低了。科學家利用美國的凱克望遠鏡,通過徑向速度法觀測後發現,雖然體積和木星差不多,但WASP-107b的質量僅有木星的10%左右。計算後可以發現,它的密度竟然只有每立方釐米0.13克。也就是說,從整體上看這顆行星,它的密度還不如我們烤串時用的木炭的1/3!因此,科學家又將它稱為超級泡芙行星。

普通人僅僅會震驚於這些誇張的數字,而科學家們則會透過現象看本質,發現其深層次的根本問題。

微小的行星核

根據目前的研究,木星這樣的氣體行星除了表明厚度驚人的大氣層之外,還有一個核心區域。以木星為例,它的核心占了整體質量的5%-15%左右,也就是約為地球質量的15-45倍。

考慮到WASP-107b的質量只有木星的1/10,蒙特利爾大學的物理學家Caroline Piaulet及其團隊計算後認為,它的固體行星核質量可能不足地球的4.6倍。也就是說,這顆行星85%的質量都集中在極度蓬鬆的大氣層中。

這帶來了一個巨大的問題,Piaulet說道:「密度如此之低,這樣的行星怎麼會形成呢?尤其是在它和宿主恒星如此之近的情況下,是如何維持龐大的大氣層不逃逸殆盡呢?這使得我們不得不做一個徹底的分析,以確定它的形成史。」

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