太陽系中的巨型行星和環(huán)繞其他恒星的行星具有奇異的云，這與地球上的任何事物都不一樣，而圍繞它們的恒星運行的氣體巨人(即所謂的熱木星)則是最極端的。

來自美國，加拿大和英國的一組天文學家現(xiàn)在提出了一個模型，該模型可以預測從藍寶石到霧霾甲烷等多種擬議云中的哪種，期望在不同溫度的熱木星上達到千度開爾文。

出乎意料的是，預期在較大溫度范圍內(nèi)的最常見的云類型應(yīng)由硅和氧的液態(tài)或固態(tài)液滴組成，例如熔融石英或熔融沙子。在溫度較低的木星上，開爾文溫度低于950開氏溫度(1,250華氏度)時，天空主要是碳氫化合物霧霾，基本上是煙霧。

該模型將幫助天文學家研究這些陌生而遙遠世界的大氣中的氣體，因為云干擾了大氣成分的測量。它還可以幫助行星科學家了解我們太陽系中較涼的巨型行星及其衛(wèi)星的大氣，例如木星和土星的衛(wèi)星土衛(wèi)六。

加州大學伯克利分校的博士后研究員彼得·高(Peter Gao)說：“在這些炎熱的大氣層中可能存在的云是我們并沒有真正想到的是太陽系中的云。”一篇描述該模型的論文于5月25日發(fā)表在“自然天文學”雜志上。“有模型可以預測各種成分，但是這項研究的重點是評估這些成分中的哪一種實際上很重要，并將該模型與我們擁有的可用數(shù)據(jù)進行比較。”

這項研究利用了近十年來系外行星大氣研究的繁榮。盡管系外行星太遙遠且昏暗而看不見，但許多望遠鏡(尤其是哈勃太空望遠鏡)能夠聚焦于恒星，并捕獲穿過行星大氣層的恒星光，因為它們在恒星前經(jīng)過。光譜測量揭示的被吸收的光的波長告訴天文學家哪些元素構(gòu)成了大氣。迄今為止，該技術(shù)和其他技術(shù)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)或推斷出水，甲烷，一氧化碳和二氧化碳，鉀和鈉氣體的存在，并且在最熱的行星中，還存在汽化的氧化鋁，鐵和鈦。

但是，盡管有些行星似乎具有清晰的大氣層和清晰的光譜特征，但許多行星上的云層完全阻擋了星光的過濾，從而阻止了對高層云層以下氣體的研究。氣體的成分可以告訴天文學家系外行星的形成方式以及其他恒星周圍是否存在生命的構(gòu)成要素。

高說：“我們發(fā)現(xiàn)了很多云：在這些大氣層中懸掛的某些粒子，不是分子，而是小液滴。”“我們真的不知道它們的成分，但是它們正在污染我們的觀察結(jié)果，從本質(zhì)上來說，這使我們更難評估水和甲烷等重要分子的組成和豐度。”

紅寶石云

為了解釋這些發(fā)現(xiàn)，天文學家提出了許多奇怪類型的云，它們由氧化鋁組成，例如剛玉，紅寶石和藍寶石。熔融鹽，例如氯化鉀;沙子的主要成分是氧化硅或硅酸鹽，例如石英;以巖石形式存在于地球上的錳或鋅的硫化物;和有機碳氫化合物。高說，云層可以是液體或固體氣溶膠。

Gao修改了計算機模型，最初是為地球的水云創(chuàng)建的，后來又擴展到了像木星這樣的行星的陰天大氣層，木星上有氨和甲烷云。他將模型進一步擴展到高溫氣體巨型行星上所見的更高溫度(高達2800開爾文或4600華氏度(2,500攝氏度))，并且這些元素在這些溫度下可能凝結(jié)成云。

該模型考慮了各種原子或分子的氣體如何凝結(jié)成小滴，這些小滴如何生長或蒸發(fā)，以及它們是否很可能因風或上升氣流在大氣中運輸，或由于重力而下沉。

高說，他的想法是，相同的物理原理指導所有類型的云的形成。他還對金星上的硫酸云進行了建模。“我所做的就是將這個模型帶到銀河系的其余部分，使其能夠模擬硅酸鹽云，鐵云和鹽云。”

然后，他將自己的預測結(jié)果與迄今已記錄的透射光譜的總共約70個正在運行的系外行星中的30個系外行星的可用數(shù)據(jù)進行了比較。

該模型顯示，多年來提出的許多奇異云很難形成，因為冷凝氣體所需的能量太高。但是，硅酸鹽云很容易凝結(jié)，并在1200開氏溫度范圍內(nèi)起作用：大約900至2,000開氏溫度。那是大約華氏2,000度的范圍。

根據(jù)該模型，在最熱的大氣層中，氧化鋁和氧化鈦會凝結(jié)成高空云。在大氣溫度較低的系外行星中，這些云團形成于地球深處，并被較高的硅酸鹽云團所遮蓋。在更涼爽的系外行星上，這些硅酸鹽云也會在大氣中形成更深的區(qū)域，從而留下清晰的高層大氣。在更低的溫度下，系外行星恒星發(fā)出的紫外線將甲烷等有機分子轉(zhuǎn)化為極長的烴鏈，形成類似于煙霧的高霧度。這種煙霧可以遮蓋較低位置的鉀鹽或氯化鈉鹽云。

對于那些尋求無云星球以更輕松地研究大氣中氣體的天文學家來說，高建議把重點放在大約900至1,400開爾文或比2200開爾文高的行星上。

合著者漢娜·韋克福德(Hannah Wakeford)表示：“以前曾在許多系外行星大氣中測量過云的存在，但只有當我們共同查看一個大樣本時，我們才能分辨出這些世界大氣中的物理和化學。” ，英國布里斯托大學的天體物理學家，“主要的云種與沙子一樣普遍-本質(zhì)上是沙子-首次能夠測量云本身的光譜特征將非常令人興奮。即將到來的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)。”

諸如NASA的JWST計劃在幾年內(nèi)發(fā)射的未來觀測，應(yīng)該能夠證實這些預測，并且也許可以揭示離家較近的行星的隱藏云層。高說，類似的奇異云團可能存在于木星或土星的深處，那里的溫度接近熱木星的溫度。

“由于有數(shù)千個系外行星，而只有一個木星，所以我們可以研究其中的一堆，看看平均數(shù)是多少，與木星相比，”高說。

他和他的同事計劃根據(jù)其他系外行星和褐矮星的觀測數(shù)據(jù)測試該模型，褐矮星基本上是巨大的氣體巨型行星，它們幾乎是恒星。他們也有云。

加州大學圣克魯斯分校的喬納森·福特尼說：“在研究太陽系中的行星大氣時，我們通常具有圖像的背景。系外行星沒有運氣。它們只是點或陰影。”“這是巨大的信息損失。但是我們需要彌補的是更大的樣本量。而且這使我們能夠通過行星溫度來尋找趨勢(這里是多云的趨勢)，而我們只是這樣做而已。在我們的太陽系中沒有奢侈的東西。”