在一顆熱的海王星大小的行星的大氣層中發現的水蒸氣
天文學家在一顆海王星大小的系外行星的大氣層中發現了大量的水，這顆行星遠離我們的太陽系。這隻是科學家能夠在如此大小和質量的系外行星的大氣層中探測到水的屈指可數的幾次之一。他們用這些測量資料拼湊出這個世界是如何形成的。
這顆被稱為HAT-P-26b的行星於2011年首次被髮現，它緊緊圍繞一顆430光年遠的恆星運轉。它之所以被髮現是因為它是一顆過境行星，這意味著它在其軌道上週期性地在恆星和地球之間穿行。在這些過程中-或過境-行星週期性地暗淡恆星的光線，使足夠的變化，可以從地球上看到。每次經過時，這些光也會穿過地球的大氣層。利用美國宇航局的哈勃太空望遠鏡，天文學家在HAT-P-26b的四次不同凌日期間觀測到了這一過濾後的星光，並能夠計算出它的大氣層中到底有多少水。”每個分子都以不同的方式吸收光，”美國宇航局戈達德太空飛行中心的博士後研究員漢娜·韋克福德（Hannah Wakeford）說，他是今天發表在《科學》雜誌上的一篇關於HAT-P-26b的研究的主要作者所以我們在尋找不同分子的特徵。”
這不是第一次在另一個星球的大氣層中發現水。事實上，在我們太陽系的行星大氣中，水是相當普遍的；我們周圍所有的氣態巨行星——木星、土星、天王星和海王星——周圍都有水。但是在系外行星的大氣層中尋找水是很困難的，因為它們離地球太遠了。通常，我們的大部分大氣資料都來自更大的系外行星，大約木星大小，因為它們更容易被看到。但今天的研究是關於“暖海王星”的最詳細的研究之一，這是一顆與海王星大小和質量相當的系外行星，它的軌道離母星更近。
和海王星一樣，HAT-P-26b是一個氣態巨行星，所以它可能無法維持生命，儘管它的大氣層中有水。但是知道水的含量有助於韋克福德和她的團隊找出地球大氣層中還有什麼在迴圈。根據哈勃的測量，似乎有重元素——或者比氫和氦重的元素。這種豐富的重元素被稱為金屬豐度，它告訴我們行星形成時的情況。基於這一假定的金屬豐度，韋克福德認為HAT-P-26b的形成可能比現在更接近它的恆星。
天文學家經常用我們的太陽來描述行星大氣中的重元素是如何豐富的。如果一顆行星的元素比太陽重得多，那麼這個世界的金屬豐度就很高。如果一顆行星沒有比太陽更重的元素，那就等於低金屬含量。以HAT-P-26b為例，這顆系外行星的重元素含量僅為太陽的4.8倍。按照我們太陽系的標準，這被認為是相當低的金屬豐度。
韋克福德對《邊緣報》說，這有點出乎意料。我們太陽系中的大型氣態巨行星——像木星和土星——沒有比太陽重多少的元素：木星的金屬豐度是太陽的5倍，而土星的金屬豐度是太陽的10倍。同時，像海王星和天王星這樣的小氣態巨星的金屬豐度大約是太陽的100倍。”我們原以為[HAT-P-26b]的金屬豐度非常高，但我們發現它的大氣層中的重元素含量實際上更接近木星，”韋克福德說。
這讓韋克福德和她的團隊產生了這樣的想法：也許HAT-P-26b在它形成的時候真的離它的恆星很近。當我們的太陽誕生的時候，它被一個巨大的旋轉圓盤所包圍，圓盤上有熱氣和碎片。但離太陽較遠的圓盤部分比內部區域要冷得多。根據韋克福德的說法，在足夠冷的溫度下，圓盤的材料會開始凍結成冰——而這些冰中會富含較重的元素。因此，在足夠遠的地方形成的氣態巨行星，如天王星和海王星，在形成過程中會吸收更多這些富含金屬的冰。木星和土星可能是在離太陽較近的地方形成的，那裡的冰較少。這就是為什麼研究人員最終認為HAT-P-26b是在離母星很近的地方形成的。這就解釋了為什麼HAT-P-26b逆勢而動。
然而，這隻是一個基於在系外行星大氣中看到的水量的理論。一位專家說，如果僅僅根據這些水的測量結果來解釋地球的金屬豐度，他會稍微謹慎一些。”瑞士伯爾尼大學（universityofbern）的系外行星專家凱文•亨（Kevin Heng）沒有參與這項研究，他告訴《邊緣報》（Verge）我並不是說他們錯了，但這並不能讓我相信這種解釋是獨一無二的。”
儘管如此，恆說，水的測量是穩健的，這是一個好訊息，為研究外行星前進。詳細研究大氣是弄清系外行星錶面情況的關鍵。HAT-P-26b可能不適合生命，但其他行星可能適合。我們對大氣的研究越深入，就越有可能找到一個大氣層和組成都適合生命存在的系外行星。
“首先，我們學會瞭如何尋找系外行星——現在這是例行公事，”恆說下一步就是找出這些東西是否有大氣層。我們已經到了這樣一個階段，對類似木星的大行星這樣做是司空見慣的，下一步就是對較小的行星這樣做。”
不久，我們可能會有一個非常強大的工具，可以幫助我們更詳細地研究大氣。明年，美國宇航局將發射詹姆斯韋伯太空望遠鏡，被認為是哈勃的繼任者。新天文臺一旦發射，將成為目前執行中最強大的太空望遠鏡，能夠以前所未有的細節觀測系外行星。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡應該能夠對這顆行星進行後續觀測，幫助確定其大氣層中到底有什麼。”“這將徹底改變我們衡量這些東西的方式，”恆說有了韋伯，它將確認水的檢測；這應該很容易做到。”
- 發表於 2021-05-11 03:51
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