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? 天文學(xué)家利用恒星發(fā)出的光來研究系外行星WASP-121 b的大氣層，確定了其大氣層中含有鐵、鉻、鈣、鈉、鎂和鎳的光譜特征。天文學(xué)家接下來的工作將不再是測(cè)量其數(shù)據(jù)，而是研究這些數(shù)據(jù)究竟有什么意義。

通過研究恒星散發(fā)出的光，天文學(xué)家們看到了850光年外的一顆系外行星。它不只是一顆普通的系外行星，而且還是我們所發(fā)現(xiàn)的最炙熱的一顆——現(xiàn)如今，我們已識(shí)別出至少七種金屬以氣態(tài)形式漂浮環(huán)繞在大氣層中。

這顆系外行星名叫WASP-121b，是一種被我們稱作“熱木星”的行星，因?yàn)樗且活w氣態(tài)巨行星，它距離主恒星很近，這使它的溫度能夠與恒星本身相匹敵。當(dāng)然了，就算主恒星是冷星，它也是一顆恒星。

在系外行星當(dāng)中，WASP-121b相當(dāng)有名氣。它在2015年首次被發(fā)現(xiàn)——一顆質(zhì)量為木星質(zhì)量1.18倍的、體積為木星體積1.81倍的系外行星，公轉(zhuǎn)周期只有1.27天。兩年后，它成為了第一顆在平流層中有水被發(fā)現(xiàn)的系外行星——即使這顆行星得到了極多的熱量，非常不適宜繁衍生息。

現(xiàn)在，天文學(xué)家們“拉近鏡頭”觀察它的大氣層，所發(fā)現(xiàn)的令他們感到詫異。

在2500-3000℃（約4500-5500℉）間的溫度，仍不是我們所見那些系外行星中最熱的溫度。但它太炙熱了，使其大氣層比天文學(xué)家們先前研究和觀測(cè)的行星大氣層要簡(jiǎn)單許多——復(fù)雜的分子不會(huì)在這樣高的溫度下形成。

早期的研究表明，分子中含有罕見的釩元素但沒有鈦元素，這可以很好地解釋前期對(duì)WASP-121b大氣層進(jìn)行觀測(cè)得到的光譜。

“先前的研究試圖用看似不太合理的理論解釋這些復(fù)雜的觀測(cè)結(jié)果，”在瑞士伯爾尼大學(xué)和日內(nèi)瓦大學(xué)的天文學(xué)家Jens Hoeijmakers說道，“但最終事實(shí)證明這些理論是正確的。出乎我意料的是，我們確實(shí)在觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)了釩元素?！?/p>

對(duì)系外行星的大氣層一探究竟并非易事。首先，你需要抓住系外行星在我們和主恒星之間經(jīng)過的時(shí)機(jī)，要邁出探尋系外行星第一步，這是一種很好的方法——你在星空中所見的一個(gè)極其暗淡又尋常的一個(gè)小亮點(diǎn)，實(shí)際上向你傳達(dá)著信息：有一個(gè)龐然大物正繞著恒星運(yùn)動(dòng)。

為了研究它的大氣層，你甚至需要更微弱的信號(hào)。

當(dāng)系外行星經(jīng)過恒星面前時(shí)，會(huì)有一部分恒星發(fā)出的光穿過大氣層。憑借大氣層中的某些元素，一些特定波長(zhǎng)的光就會(huì)被吸收并增強(qiáng)。如果你能捕獲到全波長(zhǎng)的光譜，這些元素就會(huì)顯現(xiàn)在吸收光譜和發(fā)射光譜中。

如你所想，這個(gè)信號(hào)并非十分強(qiáng)烈，而且伴有許多干擾。因此，在開始時(shí)你需要一個(gè)良好的“降噪”裝置，避免你需要的數(shù)據(jù)被損壞。

我們可以通過重合各種躍遷光譜來放大此信號(hào)，并使它們更清晰——所以短周期系外行星給我們提供了更多捕獲躍遷光譜的機(jī)會(huì)，同時(shí)也更容易分析。舉個(gè)例子，像木星那樣公轉(zhuǎn)周期為12年的系外行星不能成為一個(gè)理想的“候選人”，但是WASP-121b的公轉(zhuǎn)軌道對(duì)研究很有幫助。

為了獲取WASP-121b的一個(gè)強(qiáng)光譜，Hoeijmakers和他的團(tuán)隊(duì)使用了三個(gè)躍遷光譜并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行再處理，這三個(gè)光譜是先前由歐洲南方天文臺(tái)3.6m口徑的La Silla望遠(yuǎn)鏡中HARPS攝譜儀所觀測(cè)到的。他們發(fā)現(xiàn)了系外行星大氣層中一個(gè)有趣的金屬混合物，當(dāng)然了，這其中含有我們剛剛提到的釩元素。緊接著，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了鐵、鉻、鈣、鈉、鎂和鎳的特殊光譜信號(hào)。特別要注意的是，其中并沒有早期研究發(fā)現(xiàn)的鈦元素。

“因?yàn)閃ASP-121b上的溫度過高，所有的金屬都會(huì)蒸發(fā)成氣態(tài)，因此我們可以斷定行星的大氣中有由氣態(tài)金屬構(gòu)成的部分。”Hoeijmakers解釋道。

炙熱的木星也是一個(gè)謎一樣的星球，像這樣對(duì)行星大氣層進(jìn)行的分析可以幫助我們更好地理解它們。我們并不知道它們?yōu)槭裁慈绱丝拷阈牵鼈冇质侨绾坞x得這么近的，我們也不得而知。只有通過研究它們的大氣層，我們才能知道它們是否就在那里形成，抑或它們有可能是從遙遠(yuǎn)而偏僻的軌道向內(nèi)部靠近的“移民”。但這些研究也幫助我們擴(kuò)大了探測(cè)系外行星、尋找外星生命的工具箱。我們現(xiàn)如今所用的識(shí)別鐵元素和鈉元素的技術(shù)，再加上更敏感有效的設(shè)備，終有一天能幫助我們找到被有機(jī)生物體所制造和利用的分子——比如氧氣和甲烷。

“通過多年對(duì)地球外面的世界的探索，我們現(xiàn)在已經(jīng)不只局限于測(cè)量工作了?！盚oeijmakers說，“我們開始理解儀器和設(shè)備展示給我們的數(shù)據(jù)說明了什么，了解行星之間的相似之處和差異所在。同理，在無數(shù)動(dòng)物物種的特征被人所描繪時(shí)，查理斯·達(dá)爾文或許要開始研究新的進(jìn)化論了。我們正開始了解更多：系外行星是如何形成的，它們有怎樣的運(yùn)行規(guī)律……”

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研究報(bào)告已刊登于《天文學(xué)與天體物理學(xué)》雜志

by：MICHELLE STARR

fy：北斗星zj

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