可观测Universe第56章 Gliese 436 b

Gliese 436 b · 描述：燃烧的“热冰”世界 · 身份：围绕红矮星格利泽436运行的热海王星距离地球约33光年 · 关键事实：在高温高压下其大气中的水蒸气被压成一种被称为“七号冰”的特殊固态水。

Gliese 436 b：33光年外的“燃烧热冰”悖论（第一篇·红矮星系统中的相态奇迹） 当我们谈论“行星”脑海中总会浮现熟悉的模板：要么是地球这样的蓝色水球要么是木星那样的气态巨物。

但33光年外的Gliese 436 b（格利泽436b）却打破了所有常规——它是一颗“燃烧的热冰行星”：表面被红矮星的烈焰炙烤至400°C以上大气层中的水蒸气却被压缩成固态的“七号冰”悬浮在灼热的气流中。

这种“冰与火的共生”不是科幻小说的脑洞而是真实存在于宇宙中的相态奇迹。

一、格利泽436系统：红矮星的“紧凑行星家族” 要理解Gliese 436 b的“热冰悖论”必须先走进它的“家园”——格利泽436（Gliese 436）一颗位于狮子座的M型红矮星。

1. 主星：红矮星的“小而密” 格利泽436是一颗典型的M2.5V红矮星参数充满“极端感”： 质量：仅0.41倍太阳质量（约41万个地球质量）； 半径：0.42倍太阳半径（比木星大一点）； 表面温度：3300K（约为太阳的一半发出暗弱的红光）； 年龄：约60亿年（比太阳老10亿年正值“中年稳定期”）。

红矮星是宇宙中最常见的恒星（占比70%）但它们的“小”和“冷”让行星系统呈现独特的“紧凑性”——格利泽436系统中所有行星的轨道都挤在恒星的“宜居带内侧”像一群围着篝火取暖的孩子。

2. 行星家族：从“热 Neptune”到“超级地球” 早在2004年天文学家就用径向速度法发现了格利泽436 b；2007年凌日法确认了它的存在并揭示了更多细节。

目前系统内已确认3颗行星： Gliese 436 b：热海王星质量22倍地球半径3.8倍地球轨道周期2.6天（距离恒星0.028AU约地球到太阳距离的3%）； Gliese 436 c：超级地球质量5倍地球轨道周期5.2天； Gliese 436 d：候选行星质量约7倍地球轨道周期11天。

这些行星的轨道密度极高——Gliese 436 b的轨道半径仅比水星到太阳的距离近10倍却承受着远超水星的恒星辐射。

二、Gliese 436 b的“基础画像”：热海王星的“极端参数” Gliese 436 b的发现本身就是一个突破：它是人类首颗通过凌日法确认的热海王星（轨道周期＜10天的海王星质量行星）。

它的基本参数每一个都写着“极端”： 1. 质量与半径：“肿胀”的海王星 Gliese 436 b的质量是地球的22倍（约等于海王星的质量）半径却是地球的3.8倍——这意味着它的密度极低（约1.5克/立方厘米仅为海王星的1/3）。

低密度的原因很简单：高温导致大气层膨胀。

它的大气层主要由氢、氦组成还含有少量水蒸气——这些气体在恒星的炙烤下像被吹胀的气球包裹着行星的核心。

2. 轨道与温度：“贴脸”的恒星炙烤 Gliese 436 b的轨道周期仅2.6天意味着它每2天多就会绕恒星一圈。

这种“亲密接触”带来的是毁灭性的高温： 表面平衡温度：约430°C（比金星还热金星表面温度约460°C但Gliese 436 b没有浓厚的温室大气层温度稍低）； 恒星辐射通量：是地球的1000倍（相当于每天被1000个太阳晒着）。

三、“热冰”的秘密：七号冰（Ice VII）的相态奇迹 Gliese 436 b最震撼的不是它的高温而是大气层中的“固态水”——天文学家通过哈勃望远镜的光谱分析发现它的大气层中存在七号冰（Ice VII）一种在高压下形成的固态水形态。

1. 什么是“七号冰”？水的“高压变身” 水是宇宙中最常见的分子之一但它的相态（固态、液态、气态）高度依赖压力和温度： 正常冰（Ice Ih）：我们在地球上看到的六方冰形成于低压（＜2GPa）、低温（＜0°C）环境； 七号冰（Ice VII）：立方结构的固态水需要高压（＞2GPa）——相当于地球核心压力的1/5或马里亚纳海沟底部压力的200倍。

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