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系外行星看極光:異世界有好風光

地球上的極光,又叫做南極光或北極光,為居住兩極地區的人提供了炫目的光之舞表演秀。大紅大綠整片跳著舞的光之窗簾,像一隻活物般翻攪波動了整座天 際。而最新研究說,遙遠的熱木星上,極光可是比地球上的極光還明亮成百上千倍。若是它的鄰近母恆星正在噴發,巨熱木星上光之波浪,可以從赤道一路狂奔直流 到兩極。於是整座行星以移調呈現:一幅彷彿異世界的風情畫。

哇!聽起來真是個太讚的觀光景點。連寫本篇論文的作者都說:「好想揪團去那顆行星玩!」論文作者Ofer Cohen,是哈佛史密松天文物理中心博士後研究員。

地球上極光的成因源自於太陽高能粒子猛烈撞上地球磁場,此時太陽粒子會被磁場引導而前往兩極方向,在那裡撞上地球的大氣層,造成空氣裡的分子像霓虹燈一樣,閃耀出光芒。地球上如何,系外行星上也相同,只不過,它們繞行的恆星是一些距離太陽系很遙遠的「太陽」。

地球遭日冕物質拋射(coronal mass ejection,以下簡稱CME)撞擊時會引發特別強烈的極光。數十億噸來自太陽的電漿(也就是帶電熱氣體)在CME夾帶噴發下,威力強時可直達太陽系 邊緣。地球磁層像一顆氣泡,是一圈籠罩保護著地球的磁場。當CME很強大的時候,甚至可以破壞地球磁層,帶來極大的地磁風暴。1989年時,一個這種等級 的地磁風暴曾為加拿大魁北克地區帶來大停電。

Cohen等人使用電腦程式來研究這種巨大氣體行星在很貼近母恆星的條件下,譬如近至數百萬英里,若受到恆星噴發侵襲時,系外行星的大氣層和其周圍磁層將會受到什麼影響。

首先,系外巨氣體行星會遭受到多種極強烈的力。如果是在我們的太陽系裡,CME得先在太空中擴散開來,才會接近地球,過程中已遭稀釋。熱巨木星則不 同,它會感受到強大許多、且方向性又更為集中的爆炸力道,其差異好比是距離在火山噴發口100公里以外,或者就在火山口1公里以內的噴發現場。

由此可知,對系外行星而言,這種影響將遠強烈於我們在太陽系所經歷的。應該說,有著天壤之別。

在CfA研究人員Vinay Kashyap等人所設計的模型中,CME先擊中了熱木星、削弱了它的磁場,然後CME的粒子抵達熱木星大氣層,在赤道周圍的環狀極光率先點亮起來,規模 大約是地球極光強度的100至1000倍,6小時候,一路翻騰洶湧的波浪便抵達南北極,最後,才以漸漸消退收場。

重點是,在模型裡顯示:系外行星,雖然遭受強大力量侵襲,它的磁場卻仍然可以保護這顆行星,免遭外力侵蝕。

Cohen解釋:「我們的計算讓我們看見行星的保護機制運作是多麼的巧妙,即便磁場遠小於木星的行星都有相當良好的自我保護機制。」

距離地球5億英哩遠的一顆巨型熱木星,詭異的發出藍色極光,這是哈柏望遠鏡所捕獲的畫面。圖片來源: NASA和哈柏太空望遠鏡

我們的銀河系裡最常見的恆星就是紅矮星,天文學家也建議我們可在紅矮星這一類的恆星周圍尋找類地行星,因為機率較高,而這也是為什麼Cohen他們這個研究發現很重要的原因:它和遙遠恆星周圍的岩質行星「適居性」如何,很有關聯。

不過相對的,由於紅矮星溫度比太陽低,岩質行星為了取暖-好讓水保持在液體狀態,它的軌道必須距離母恆星不太遠才行。如此一來,它暴露在恆星激烈噴發行為之下,也成了一種必然,所以,明白在這種環境中,行星的自保機制可以如何運作,當然很重要。(Lauren譯)

該研究論文將由The Astrophysical Journal刊出,可前往網上瀏覽Ghttp://arxiv.org/abs/1102.4125

資料來源:轉載自中研院天文網, 2011。07。31, KLC

引用自臺北天文館之網路天文館網站

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