天文学家检测到系外行星上的磁场特征

研究人员已经确定了太阳系外行星周围磁场的第一个特征。地球的磁场起到了抵御来自太阳的高能粒子(称为太阳风)的作用。磁场可以在其他行星上扮演类似的角色。

一个国际天文学家团队使用哈勃太空望远镜的数据发现了太阳系外行星的磁场特征。发表在《自然天文学》杂志上的一篇论文中描述了这一发现，标志着首次在系外行星上发现了这样的特征。

磁场最好地解释了对围绕行星并以长尾流远离它的带电碳粒子扩展区域的观察结果。磁场在保护行星大气方面起着至关重要的作用，因此探测系外行星磁场的能力是朝着更好地了解这些外星世界可能是什么样子迈出的重要一步。

该团队使用哈勃望远镜观察了系外行星 HAT-P-11b，这是一颗距离地球 123 光年的海王星大小的行星，在所谓的“过境”中六次直接穿过其主星的表面。观察是在紫外线光谱中进行的，这超出了人眼的可见范围。

哈勃探测到碳离子——与磁场相互作用的带电粒子——在所谓的磁层中围绕着行星。磁层是天体(例如地球)周围的区域，由天体与其宿主恒星发出的太阳风相互作用而形成。

“这是第一次在我们太阳系外的行星上直接检测到系外行星的磁场特征，”亚利桑那大学月球与行星实验室的兼职研究教授、该论文的合作者之一吉尔达·巴莱斯特 (Gilda Ballester) 说。作者。“像地球这样的行星上的强磁场可以保护其大气和表面免受构成太阳风的高能粒子的直接轰击。这些过程严重影响了像地球这样的行星上生命的进化，因为磁场可以保护生物免受这些高能粒子。”

HAT-P-11b 磁层的发现是朝着更好地了解系外行星的宜居性迈出的重要一步。研究人员表示，并非我们太阳系中的所有行星和卫星都有自己的磁场，磁场与行星宜居性之间的联系仍需要更多研究。

“HAT-P-11 b 已被证明是一个非常令人兴奋的目标，因为哈勃的紫外线凌日观测揭示了一个磁层，它被视为行星周围的延伸离子成分和逃逸离子的长尾，”巴列斯特说，并补充说这通用方法可用于探测各种系外行星上的磁层并评估它们在潜在宜居性中的作用。

Ballester 是观测 HAT-P-11b 的哈勃太空望远镜项目之一的首席研究员，他为选择这个特定目标进行紫外线研究做出了贡献。一个重要的发现是不仅在行星周围的区域中观察到碳离子，而且还在以 100,000 英里/小时的平均速度从行星流出的长尾中延伸。尾巴伸入太空至少 1 个天文单位，即地球和太阳之间的距离。

由该论文的第一作者、巴黎天体物理研究所的 Lotfi Ben-Jaffel 领导的研究人员随后使用 3D 计算机模拟来模拟行星最上层大气区域与磁场与传入太阳风之间的相互作用。

“就像地球的磁场场，并与撞击太阳风，其中包括在90万英里行驶的带电粒子其立即空间环境相互作用，有HAT-P-11B的相互作用磁场与太阳风的直接空间环境它的主星，这些非常复杂，”巴列斯特解释说。

地球和 HAT-P-11b 磁层的物理特性是相同的;然而，系外行星靠近它的恒星——只有地球到太阳距离的二十分之一——导致其上层大气变暖并基本上“沸腾”进入太空，导致磁尾的形成。

研究人员还发现，HAT-P-11b 大气的金属丰度——物体中比氢和氦重的化学元素的数量——低于预期。在我们的太阳系中，冰冷的气体行星海王星和天王星富含金属但磁场较弱，而体积大得多的气体行星木星和土星则金属含量低但磁场强。作者说，HAT-P-11b 的低大气金属丰度挑战了当前的系外行星形成模型。

“虽然 HAT-P-11b 的质量只有木星的 8%，但我们认为这颗系外行星更像是一颗迷你木星，而不是海王星，”巴列斯特说。“我们在 HAT-P-11b 上看到的大气成分表明，需要做进一步的工作来完善当前关于某些系外行星一般如何形成的理论。”

哈勃太空望远镜是宇航局与欧洲航天局的国际合作项目。这些观察是通过以下程序进行的：致力于 HAT-P-11b 的小型 HST 计划 #14625(主要调查员 Gilda E. Ballester)和名为 PanCET 的 HST 财政计划 #14767：全色比较系外行星财政计划(联合主要调查员) David K. Sing 和 Mercedes López-Morales)。

论文“海王星大小的系外行星的强磁化特征和贫金属大气”发表在 12 月 16 日的《自然天文学》杂志上。

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