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首次测量褐矮星风速

首次测量褐矮星风速

褐矮星是奇怪的世界,大到不能被认为是行星,小到不能被认为是恒星。然而,就像许多更大的行星一样,褐矮星有着厚厚的大气层和强劲的风,现在科学家们第一次直接测量了褐矮星上的风速。

研究结果发表在2020年4月10日的《科学》杂志上的一篇同行评议论文中。

研究人员利用美国宇航局现已退役的斯皮策太空望远镜的红外数据和美国国家科学基金会的卡尔·g·詹斯基甚大阵地面望远镜的无线电数据进行了测量。

研究中使用的褐矮星名为2MASS J10475385 2124234,距离地球32光年。它的大小和木星差不多,但质量是木星的40倍。这是第一次将红外线和无线电观测相结合来测量一颗褐矮星上的风。研究负责人、巴克内尔大学的凯特琳·阿勒斯在一份声明中说:

当我们意识到这一点时,我们很惊讶没有其他人已经做到了。

首次测量褐矮星风速

首次测量褐矮星风速

事实证明,这些风力非常强大,达到每小时1425英里(每小时2293公里)。这比我们太阳系已知的任何风都要快;相比之下,海王星的风是太阳系已知的最快的风,大约每小时1200英里(2000公里每小时)。

利用红外线和无线电来研究褐矮星的想法来自于对木星的观察,科学家们注意到两种不同的方法计算出的木星旋转速度不同。阿勒斯说:

我们注意到,由无线电观测所确定的木星旋转周期不同于由可见光和红外波段的观测所确定的旋转周期。

但为什么会有这种区别呢?无线电辐射是由于电子与木星的磁场相互作用而产生的,磁场根植于木星内部深处。然而,红外辐射来自大气层的顶部。由于木星的大气层比木星内部的旋转速度快,所以这两种不同的观测结果不一致。以类似的方式观测褐矮星是否有助于确定它的风速?美国自然历史博物馆的Johanna Vos说:

因为我们希望在褐矮星上也有同样的机制,所以我们决定用无线电和红外线望远镜来测量它的旋转速度。

首次测量褐矮星风速

根据斯皮策在2017年和2018年的观测,发现棕矮星的红外亮度变化相当大。随后2018年VLA的无线电观测被用来测量褐矮星内部的旋转。就像木星一样,有一个显著的不同。研究人员发现,褐矮星的大气旋转速度比内部要快,约为每小时1425英里。木星的风速,相比之下,只有约230英里每小时(547公里每小时)。阿勒斯说:

这与预测褐矮星中更高风速的理论和模拟结果一致。

在地球上,风速也是通过比较大气和行星固体表面的运动来测量的。然而,对于几乎完全由气体组成的褐矮星来说,情况就有点不同了。在褐矮星的深处,强烈的压力使气体的运动更像一个实心球。然而,外层大气的气体仍然可以独立运动。

2MASS J10475385 2124234非常适合这项研究,因为它的大气温度超过了1100华氏度(600摄氏度)。这意味着它会发射出大量的红外线,而斯皮策可以测量到。和其他棕矮星一样,它也有很强的磁场,非常适合VLA分析。

褐矮星并不是这项技术可以应用到的唯一物体。它也可以用于系外行星。绕其他恒星运行的行星大气层。哈佛大学天体物理中心的彼得·威廉姆斯说:史密森尼说:

由于巨型系外行星的磁场比褐矮星弱,因此无线电测量需要在比2质量的J10475385 2124234更低的频率下进行。

阿勒斯补充道:

我们很高兴我们的方法现在可以用来帮助我们更好地了解褐矮星和太阳系外行星的大气动力学。

首次测量褐矮星风速

斯皮策此前曾通过红外线测量系外行星和褐矮星大气亮度的变化,推断出它们存在风。2015年,位于智利的欧洲南部天文台(ESO& 8217;s)的拉西拉(La Silla)望远镜测量了一颗炎热的木星系外行星上的风速。这些风速达到了令人难以置信的5400英里每小时(8690公里每小时),比地球上任何记录的速度都要快20倍。但是这项新的研究现在也可以帮助科学家测量更多系外行星上的风。阿勒斯说:

我们认为,这项技术对于深入了解系外行星大气的动力学非常有价值。真正令人兴奋的是能够了解一个物体周围的化学、大气动力学和环境是如何相互联系的,以及对这些世界进行全面观察的前景。

用来测量第一颗褐矮星上的风的新技术现在将有可能发现风吹向其他许多褐矮星的速度。而且,也许更令人兴奋的是,它可以帮助科学家们更多地了解绕着遥远恒星运行的行星世界的风和天气。

总结:科学家第一次能够测量出褐矮星上的风速。

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