天文學家成功測度棕矮星上的風速

天文學家使用了美國國家科學基金會的卡爾·詹斯基超大型陣列（Karl G. Jansky Very Large Array）射電望遠鏡和美國太空總署的史匹哲太空望遠鏡（Spitzer Space Telescope）對棕矮星（brown dwarf ）（物體質量介於行星和恆星之間的中間物體）進行了首次風速測量。

基於已知的太陽系中巨大的木星和土星的事實，由美國巴克內爾大學（Bucknell University）物理與天文學系副教授卡特琳·艾勒斯（Katelyn Allers）領導的一組天文學家意識到，他們可以通過結合來自史匹哲太空望遠鏡紅外觀測和來自超大型陣列射電望遠鏡觀測來測量棕矮星的風速。

天文學家研究了一顆名為2MASS J10475385 + 2124234的棕矮星，它的大小與木星大致相同，但質量大約是木星的四十倍，距地球約三十四光年。 褐矮星稱為「失敗的恆星」，比行星還要重，但質量不足以在其核心引起為恆星提供動力的熱核反應。

艾勒斯指出：我們注意到，通過無線電觀測確定的木星自轉週期不同於通過在可見和紅外波長處觀測確定的自轉週期。她解釋這種差異是因為無線電輻射是由於電子與行星磁場相互作用而產生的，而該磁場根植於行星內部深處，而紅外線則來自大氣層的頂部。 大氣層的旋轉速度比行星內部的旋轉速度快，相應的速度差異是由於大風引起。

美國自然歷史博物館天體物理學家祖安娜·沃斯（Johanna Vos）博士說：「由於我們期望在棕矮星中使用相同的機制，因此我們決定使用射電和紅外望遠鏡來測量其旋轉速度。」

研究團隊在2017年和2018年用史匹哲太空望遠鏡觀測了2MASS J10475385 + 2124234，發現紅外線亮度有規律地變化，這可能是由於高層大氣中一些長期存在特徵的旋轉所致。 該團隊在2018年進行了超大型陣列射電望遠鏡觀測，以測量物體內部的旋轉週期。就像木星一樣，他們發現褐矮星的大氣旋轉得比其內部快，計算出的風速約為每小時2,293公里。 這比木星的風速每小時370公里快得多。這與預測棕矮星更高風速的理論和模擬是一致。

天文學家指出，他們的技術不僅可以用來測量其它棕矮星上的風速，也可以用來測量系外行星上的風速。

【圖、文：節譯自美國國家射電天文台2020年4月9日新聞公佈】研究全文刊登在2020年4月10日出版的《科學》期刊