據(jù)外媒報道，木星可能是我們太陽系的惡霸行星，因為它是質(zhì)量最大的行星，但跟其他恒星周圍的許多巨大行星相比它實際上微不足道。據(jù)悉，這些被稱為“超級木星”的外星世界的質(zhì)量是木星的13倍。
天文學(xué)家已經(jīng)分析了其中一些的組成，但他們很難詳細研究它們的大氣層，因為這些氣體巨星會在其母星的耀眼光芒中迷失。
然而研究人員有一個替代品：褐矮星的大氣層，這是所謂的失敗恒星，其質(zhì)量高達木星的80倍。這些巨大的天體像恒星一樣，由一團坍塌的氣體云形成，但它們?nèi)狈ψ銐虻馁|(zhì)量來維持其核心的核聚變，而核聚變是恒星的動力。
相反，褐矮星跟超級木星有親緣關(guān)系。這兩種類型的物體都有相似的溫度和巨大的質(zhì)量。它們也有復(fù)雜多變的大氣。天文學(xué)家認為，唯一的區(qū)別在于它們的血統(tǒng)。超級木星圍繞恒星形成;褐矮星通常是孤立形成的。
由馬里蘭州巴爾的摩市空間望遠鏡科學(xué)研究所的Elena Manjavacas領(lǐng)導(dǎo)的一組天文學(xué)家已經(jīng)測試了一種可以以穿透這些移動天體云層的方法。研究人員使用了位于夏威夷莫納基亞的W. M. Keck天文臺的儀器，他們在近紅外光下研究了附近自由漂浮的棕矮星2MASS J22081363+2921215的千層結(jié)構(gòu)的顏色和亮度變化。
凱克天文臺的儀器--被稱為多目標光譜儀紅外探測(MOSFIRE)還分析了云中包含的各種化學(xué)元素的光譜指紋及它們?nèi)绾坞S時間變化。這是天文學(xué)家首次在這類研究中使用MOSFIRE。
這些測量結(jié)果為Manjavacas提供了褐矮星大氣云的整體視圖，并提供了比以前對該天體的觀測更多的細節(jié)。這項由哈勃望遠鏡開創(chuàng)的技術(shù)對于地面望遠鏡來說很難實現(xiàn)，因為地球大氣會吸收特定的紅外波長造從而成污染。這個吸收率隨天氣的變化而變化。
“從地面上做這件事的唯一方法是使用凱克的高分辨率MOSFIRE儀器，因為它讓我們可以同時觀察到多顆恒星和我們的褐矮星，”Manjavacas說道，這使我們能夠糾正地球大氣帶來的污染并很精確地測量來自褐矮星的真實信號。所以這些觀測結(jié)果證明了MOSFIRE可以對褐矮星大氣進行這類研究。”Manjavacas是凱克天文臺的前工作天文學(xué)家也是這項研究的論文主要作者。
她決定研究這顆特殊的褐矮星是因為它非常年輕，這使得它非常明亮。并且它還沒有冷卻下來。它的質(zhì)量和溫度跟附近巨大的系外行星Beta Pictoris b相似，Beta Pictoris b是2008年由位于智利北部的歐洲南方天文臺的超大望遠鏡拍攝的近紅外圖像發(fā)現(xiàn)的。
Manjavacas表示：“以目前的技術(shù)，我們還沒有能力去詳細分析Beta Pictoris b的大氣層。所以，我們正在利用我們對這顆褐矮星大氣層的研究作為一個代理以了解這顆系外行星的云層在其大氣層的不同高度下可能是什么樣子的。”
由于褐矮星和β Pictoris b都很年輕，所以它們在近紅外波段都在強烈地輻射熱量。它們都是一群恒星和次恒星物體--被稱為Beta --Pictoris運動群的成員，它們擁有相同的起源和在空間中的共同運動。這群恒星約有3300萬年的歷史，是離地球最近的年輕恒星群。
雖然它們比真正的恒星要冷，但褐矮星仍非常熱。Manjavacas研究中的這顆褐矮星溫度高達2780華氏度(1527攝氏度)。
這個巨大的天體約是木星的12倍重。作為一個年輕的天體，它的自轉(zhuǎn)速度非常快，每3.5小時完成一次自轉(zhuǎn)，而木星的自轉(zhuǎn)周期是10小時。因此，云層在行星周圍旋轉(zhuǎn)并創(chuàng)造了一個動態(tài)的、動蕩的大氣層。
凱克天文臺的MOSFIRE儀器盯著這顆褐矮星看了2.5個小時，并觀察了從這顆矮星熾熱的內(nèi)部穿過大氣層的光線是如何隨著時間的推移時而變亮?xí)r而變暗的。旋轉(zhuǎn)天體上出現(xiàn)的亮點表明，研究人員可以看到大氣層更深、更熱的區(qū)域。紅外線波長使天文學(xué)家能更深入地觀察大氣層。觀測結(jié)果表明，這顆褐矮星的大氣層斑駁、云團分散。如果近距離觀察，這顆行星可能像一個雕刻的萬圣節(jié)南瓜，光線從熾熱的內(nèi)部逃逸。它的光譜揭示了熱沙粒和其他奇異元素的云團。碘化鉀跟蹤該天體的上層大氣，其中也包括鎂硅酸鹽云。在大氣中向下移動的是一層碘化鈉和硅酸鎂云。最后一層是氧化鋁云。大氣層的總深度為446英里(718公里)。
Manjavacas指出，探測到的元素代表了褐矮星大氣的典型組成部分。她和她的團隊使用了褐矮星大氣的計算機模型來確定化學(xué)化合物在每個云層中的位置。
據(jù)悉，這項研究的論文將發(fā)表在《The Astronmomical Journal》上。
