还有红宝石云！在遥远的系外行星上，有着与地球不同的奇异云层

【手机软件：博科园】天文学家发现围绕着其他恒星的巨型行星，有与地球不同的奇异云层，而靠近恒星的气体巨星（所谓的热木星）拥有最极端的云层。现在来自美国、加拿大和英国的一个天文学家团队现在已经提出了一个模型：可以预测从甲烷烟雾等众多拟议的云层中，哪些会出现在温度不同的热木星上，最高可达数千开尔文(Kelvin)。令人惊讶的是，最常见的云类型，预计在很大的温度范围内：

应该由硅和氧的液态或固态液滴组成，比如熔化的石英或熔化的沙子。在较冷、较热的木星上，低于约950开尔文(1250华氏度)的天空主要是碳氢化合物烟雾。该模型将帮助天文学家研究这些奇怪而遥远系外行星世界大气中的气体，因为云层会干扰大气成分的测量。它还可以帮助行星科学家了解较冷巨型行星及其卫星的大气层，例如太阳系中的木星和土星的卫星土卫六。

其研究发现发表在《自然天文学》期刊上；研究的第一作者、加州大学伯克利分校博士后研究员彼得·高(Peter Gao)说：在这些炎热大气中可能存在的那种云，我们并不真的认为是我们太阳系中存在的云。已经有预测各种成分的模型，但这项研究的重点是评估这些成分中哪些确实重要，并将该模型与我们现有的数据进行比较。这项研究利用了过去十年来系外行星大气研究的成果。

尽管系外行星太远太暗而看不见，但许多望远镜（特别是哈勃太空望远镜）能够聚焦于恒星。并在行星经过恒星前面时捕捉穿过行星大气层的星光。光谱测量揭示的被吸收光的波长，告诉天文学家大气由哪些元素组成。到目前为止，这项技术和其他技术已经发现或推断出水、甲烷、一氧化碳和二氧化碳、钾和钠气体的存在，以及在最热的行星上，蒸发的氧化铝、铁和钛的存在。

但是，虽然一些行星似乎有清晰的大气层和清晰的光谱特征，但许多行星云层完全阻挡了星光的渗透，阻碍了对上层云层以下气体的研究。气体的组成可以告诉天文学家系外行星是如何形成的，以及生命的基石是否存在于其他恒星周围。研究发现了很多云层：某些类型的粒子（不是分子，而是小液滴）悬浮在这些大气层中。目前还不知道它们是由什么组成的，但它们正在污染天文学家的观察，本质上使使得更难评估水和甲烷等重要分子的组成和丰度。

还有红宝石云

为了解释这些观测，天文学家们提出了许多奇怪的云类型，包括铝的氧化物，如红宝石和蓝宝石的组成材料；熔融的盐，如氯化钾；硅氧化物，或硅酸盐，如沙的主要成分；以岩石形式存在于地球上的锰或锌的硫化物；以及有机碳氢化合物，云可能是液体或固体气溶胶。研究采用了最初为地球水云创建的计算机模型，随后将其扩展到像木星这样的多云行星大气中，木星有氨云和甲烷云。

研究将模型进一步扩展到在热气态巨型行星上看到的更高温度（高达2800开尔文，即2500摄氏度）以及在这些温度下可能凝聚成云的元素。该模型考虑了各种原子或分子的气体如何凝聚成液滴，这些液滴如何生长或蒸发，以及它们是否可能在大气中被风或上升气流输送，或因重力而下沉。同样的物理原理指导着所有类型的云形成，研究还在金星上模拟了硫酸云。把这个模型扩展到银河系的其他地方，让它能够模拟硅酸盐云、铁云和盐云。

然后，预测与现有30颗系外行星的数据进行了比较，到目前为止，共有约70颗凌日系外行星，其中30颗具有已记录的透射光谱。该模型显示，多年来提出的许多奇异的云很难形成，因为凝聚气体所需的能量太高。然而，硅酸盐云很容易凝结，并在1200开尔文的温度范围内占据主导地位：从900开尔文到2000开尔文。根据该模型，在最热的大气中，氧化铝和钛氧化物凝聚成高层云。

在大气层较冷的系外行星上，这些云在行星更深处形成，并被较高的硅酸盐云遮挡。在更冷的系外行星上，这些硅酸盐云也会在大气层更深的地方形成，留下清晰的高层大气。在更低温度下，来自系外行星所在恒星的紫外光，将甲烷等有机分子转化为极长的碳氢链，形成类似于烟雾的高级雾霾。这种烟雾会遮蔽地势较低的氯化钾或氯化钠盐云。对于那些寻求无云行星以更容易研究大气中气体的天文学家来说：

研究人员建议专注于大约900到1400开尔文之间的行星，或者那些比大约2200开尔文更热的行星。该研究的合著者、英国布里斯托尔大学的天体物理学家汉娜·韦克福德(Hannah Wakeford)说：之前已经在许多系外行星大气中测量过云的存在，但只有当集中观察大样本时，才能分清这些星球大气中的物理和化学成分。占主导地位的云层和沙子一样常见，如果能用即将到来的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)首次测量云层本身的光谱特征，那将是非常令人兴奋的。

未来的观测，例如计划在2021年发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜，应该能够证实这些预测，或许还能揭示离我们更近行星上隐藏的云层。类似的云层可能存在于木星或土星的深处，那里的温度与热木星上发现的温度接近。因为有数千颗系外行星，而木星只有一颗，天文学家可以研究其中的一堆，看看平均是多少，以及与木星相比如何。研究人员计划用其他系外行星和棕矮星的观测数据来测试这个模型，棕矮星基本上是气态巨行星，质量大到几乎是恒星，它们也有云。

博科园｜研究/来自：加利福尼亚大学伯克利分校

研究发表期刊《自然天文学》

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