你可能也好奇过:天上那些发光的东西,除了恒星和行星,还有没有第三种?有,而且它就在离我们很近的地方——近到只有7.2光年,却因为太暗,直到2014年才被找出来。
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它叫WISE 0855,全名 WISE J085510.83-071442.5,天文学界嫌太长,干脆缩成了现在这个叫法。发现它的是凯文·卢曼(Kevin Luhman),用的是NASA的广域红外巡天探测器(WISE)。这颗天体位于长蛇座方向,是距离我们太阳系第三近的"系统",同时保持着另一项纪录:已知最冷的褐矮星。
褐矮星这个类别,本身就有点尴尬。它和恒星一样,是从气体云坍缩中诞生的,但质量始终没攒够,核心点不燃持续的核聚变,所以常被叫作"失败的恒星"。可它又比行星重得多,算不上普通行星。太阳系里一颗都没有,想研究只能往外面找。
WISE 0855 的尴尬还不止于此。它的上层大气平均温度大约265K(约-8℃),稳稳落在褐矮星里最冷的"Y"型分类中。这个温度恰好卡在一个特殊区间:冷到铁没法凝成云,又刚好让水汽结成冰云,同时暖到氨还能保持气态。大气物理里管这叫"金发姑娘区"——不冷不热,刚刚好。
问题在于,这个"刚刚好"到底成不成立,天文学家吵了十年。
原因很朴素:在探测器眼里,WISE 0855 只是一个光点。要判断它的大气里有什么,只能靠光谱——把它发出的红外光拆成一道道波长,看哪些化学物质在特定波长上"吃掉"了光。可它的光谱信号有两种解释:一种是被高层水云挡住了更深、更热层的光;另一种叫"非平衡化学",即上升气流把一氧化碳、二氧化碳、磷化氢等物质往上灌,同样能造出类似的光谱特征。
要断这个案,得请出詹姆斯·韦布空间望远镜。研究团队由亚利桑那大学的布里塔妮·迈尔斯(Brittany Miles)领衔,拿到了近红外光谱仪(NIRSpec)上11个小时的观测时间,用的是亮天体时间序列模式。仪器每15分钟记录一条新光谱,波长范围2.87到5.27微米,前后一共攒下44张连续快照。
把44张排成一条时间线,就能看这颗天体转着转着,亮度怎么变。结果有三处很扎眼:
- 11小时里最剧烈的亮度起伏出现在4.5到4.8微米之间,正好是一氧化碳吸收光的波段,随着天体自转,这条波段上下摆动了10%
- 在甲烷、氨这些常见高层气体没有遮挡的光谱区,二氧化碳和磷化氢表现出大量变化。
- 水的光谱特征,亮度几乎没怎么动。
数据里其实藏着两套节奏。一套占了整体亮度变化的约60.5%,表现为明暗交替,对应表面温度在0.6到1.3度之间摆动,也可能牵涉水冰云的变化;另一套只占约4.7%,出现在一氧化碳和磷化氢的吸收带里,走势和整体亮度曲线对不上,说明它多半来自大气更深处。
团队随后拿两套大气模型去套数据——PICASO 和 coolTLUSTY。结论很干脆:把水云算进去的模型,拟合效果明显好过任何不含水云的版本。具体画面是,我们看到的 WISE 0855 高层,在约1到4巴的气压高度上飘着成片但不均匀的水冰云;而在更靠近"表面"的深处,上升气流正把一氧化碳、二氧化碳和磷化氢往上送。
如果真能凑近看,戴上一副红外 goggles,它大概是一颗带条纹的世界:赤道上有高速喷流,外面裹着冰冷的水冰云。这会是太阳系之外首次探测到可变的水云。
还有个没解开的扣:它转得有多快,目前不知道。表面气体的运动把真实自转给遮住了。研究人员估计,如果能再从韦布那里拿到大约20个小时的观测时间,或许能把自转速度定下来。只是这台全球最强的红外望远镜排队的人太多,这个要求不算小。
一颗7.2光年外的"失败恒星",温度比地球的冬天还低,却有着和太阳系气态行星相似的云层结构。它离我们这么近,藏了这么久,剩下的谜题,可能就差那20个小时。
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