好消息！首次于系外行星高温云发现石英晶体

■ 信息来源 | NASA探索者（本文由“SAGSI硅产业研究”整理后发布，转载请注明出处）

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研究人员使用NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜在WASP-17 b的高空云层中发现了石英纳米晶体的证据，WASP-17 b是一颗距离地球1,300光年的热木星系外行星。这次探测是MIRI（韦伯中红外仪器）独有的，标志着首次在系外行星大气中发现二氧化硅颗粒。或许在未来，抛开成本要素，我们再也不会面临高纯石英砂短缺的状况了。这个艺术概念图展示了系外行星WASP-17 b的样子

图形：NASA、ESA、CSA 和 R. Crawfor, d (STScI) 科学：Nikole Lewis（康奈尔大学）、David Grant（布里斯托大学）、Hannah Wakeford（布里斯托大学）Crawford (STScI)

“我们很兴奋！” 英国布里斯托大学研究员、今天发表在《天体物理学杂志快报》上的一篇论文的第一作者戴维·格兰特说道。“我们从哈勃观测中得知WASP-17 b的大气中一定存在气溶胶——构成云或雾的微小颗粒，但我们没想到它们是由石英构成的。”硅酸盐（富含硅和氧的矿物质）构成了地球和月球以及太阳系中其他岩石物体的大部分，并且在整个银河系中极为常见。但之前在系外行星和褐矮星大气层中检测到的硅酸盐颗粒似乎是由橄榄石和辉石等富含镁的硅酸盐组成，而不仅仅是石英（即纯二氧化硅）。该团队还包括来自美国宇航局艾姆斯研究中心和美国宇航局戈达德太空飞行中心的研究人员，他们的研究结果为我们对系外行星云如何形成和演化的理解带来了新的认识。“我们完全期望看到硅酸镁，”共同作者、同样来自布里斯托尔大学的汉娜·韦克福德 (Hannah Wakeford) 说。“但我们所看到的很可能是这些的组成部分，即形成我们在较冷的系外行星和褐矮星中检测到的较大硅酸盐颗粒所需的微小‘种子’颗粒。”检测细微的变化WASP-17 b的体积是木星的七倍多，质量不到木星的二分之一，是已知最大、最膨胀的系外行星之一。再加上它的轨道周期仅为3.7个地球日，这使得这颗行星成为透射光谱学的理想选择：一种涉及测量行星大气层对星光的过滤和散射效应的技术。韦伯对WASP-17系统进行了近10个小时的观察，在该行星穿过其恒星时收集了超过1,275个5至12微米中红外光的亮度测量值。通过从恒星本身的亮度中减去当行星位于恒星前方时到达望远镜的各个波长的光的亮度，研究小组能够计算出被行星大气层阻挡的每个波长的量。出现的是一个意想不到的8.6微米的“凸起”，如果云是由硅酸镁或其他可能的高温气溶胶（如氧化铝）构成的，这一特征是不会出现的，但如果它们是由石英构成的，则完全有道理。水晶、云和风虽然这些晶体的形状可能与地球上晶洞和宝石店中发现的尖六角棱柱相似，但每个晶体的直径仅为约10纳米（百万分之一厘米）。“哈勃数据实际上在限制这些粒子的大小方面发挥了关键作用，”康奈尔大学的合著者Nikole Lewis解释道，他领导了韦伯保证时间观测（GTO）项目，该项目旨在帮助建立热粒子的三维视图。木星的大气层。“仅从韦伯的MIRI数据中我们就知道存在二氧化硅，但我们需要哈勃望远镜的可见光和近红外观测作为背景，以确定晶体有多大。”与地球云层中发现的矿物颗粒不同，WASP-17 b云层中检测到的石英晶体不是从岩石表面扫走的。相反，它们起源于大气本身。“WASP-17 b温度极高，约为1,500摄氏度（2,700°F），而它们在大气层高处形成的压力仅为我们在地球表面所经历的压力的千分之一左右，”格兰特解释道。“在这些条件下，固体晶体可以直接从气体形成，而不需要先经历液相。”了解云的组成对于了解整个地球至关重要。像WASP-17 b这样的热木星主要由氢和氦组成，还含有少量其他气体，如水蒸气 (H₂O) 和二氧化碳 (CO2)。“如果我们只考虑这些气体中的氧气，而忽略了石英 (SiO2) 等矿物质中锁存的所有氧气，我们将大大低估总丰度，”Wakeford解释道。“这些美丽的二氧化硅晶体告诉我们不同材料的库存以及它们如何聚集在一起塑造这个星球的环境。”到底有多少石英，以及云层有多普遍，都很难确定。格兰特说：“云很可能出现在昼/夜过渡区（明暗界线），这是我们观测探测的区域。” 鉴于这颗行星被潮汐锁定，白天非常热，夜晚较凉爽，云很可能在地球周围循环，但当它们到达较热的白天时就会蒸发。“风可能会以每小时数千英里的速度移动这些微小的玻璃状颗粒。”WASP-17 b是JWST望远镜科学家团队使用多仪器光谱（DREAMS）调查对系外行星大气层进行深度侦察的三颗行星之一，该调查旨在收集来自每个关键类别的一个代表的一套全面的观测结果。系外行星：热木星、温暖海王星和温带岩石行星。MIRI对热木星WASP-17 b的观测是作为GTO计划1353的一部分进行的。詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的太空科学天文台。韦伯正在解开太阳系中的谜团，展望其他恒星周围的遥远世界，并探索宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。韦伯是一个由NASA及其合作伙伴ESA（欧洲航天局）和加拿大航天局领导的国际计划。

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