系外行星的晴空與水蒸汽

原文標題：NASA Telescopes Find Clear Skies and Water Vapor on Exoplanet

作者：Felicia Chou, Whitney Clavin, Donna Weaver, Ray Villard & Michele Johnson

原文來自：NASA Posted: 2014. 9. 24

編譯：Melipal 審校：Linq （編譯版權所有，文章有刪節，未經許可請勿轉載。）

天文學家使用來自NASA三架空間望遠鏡——哈勃、斯皮測與開普勒的數據，發現了太陽系以外一顆氣體行星上的晴空與蒸騰的水蒸汽。這顆行星的尺度與海王星相當，這使得它成為在其上探測到分子的最小行星。

在這張藝術概念圖中，一顆有著清澈大氣的海王星級行星從主星前方通過。NASA的哈勃與斯皮策等望遠鏡觀測了這樣的通過事件（凌星），並由此採集了有關行星大氣的信息。大圖與說明文字請點擊（圖片提供：NASA/JPL-Caltech）

華盛頓NASA科學任務理事會的助理行政長官約翰·格倫斯菲爾德（John Grunsfeld）說：「在最終實現對較小的類地岩態行星大氣組分進行分析的過程中，這一發現是個重要的里程碑。如今只有將這幾架獨特而強有力的望遠鏡的能力結合起來，才能取得這樣的成就。」

行星大氣中的雲團可以阻隔視線，讓人們看不到下方可以揭示行星組分和歷史的分子。在海王星尺度的行星上發現晴空是一個好消息，說明較小的行星也可能擁有類似的優良能見度。

來自馬里蘭大學大學園（College Park）分校的喬納森·弗雷納（Jonathan Fraine）說：「當天文學家在夜間使用望遠鏡進行觀測的時候，他們說的『晴空』意為好運。在這個例子中，我們在一顆遙遠的行星上發現了晴空，對於我們來說這是好消息，原因是它意味著雲團不會阻擋我們觀測水分子的視線了。」弗雷納是一篇新的研究論文的第一作者，文章發表在《自然》雜誌上。

這顆行星名為HAT-P-11b，被歸為系外海王星之列，它是一顆海王星尺度的行星，環繞著恆星HAT-P-11運行。它位於天鵝座，距離地球120光年。該行星與主星的距離比太陽系中的海王星更近，每公轉一周大約需要5天。這是一個溫暖的世界，據信擁有一個岩石核心以及氣態的大氣。直到現在，人們還不知道太多有關這顆行星以及所有系外海王星組分的信息。

科學家結合NASA哈勃、斯皮策與開普勒空間望遠鏡的力量，很興奮地在一個相對較小的行星上發現了晴空，它的尺度與海王星大致相當。大圖與說明文字請點擊（圖片提供：NASA/JPL-Caltech）

在對此等尺度的行星大氣進行分析期間，部分挑戰來自其小尺度。由於半徑大且大氣相對膨大，較大的木星級行星更容易觀測。實際上，研究者已經在這樣的行星大氣中探測到水蒸汽的存在了。先前觀測過的少數幾顆較小的行星研究難度更大，原因是它們的天氣看上去都是多雲的。

在新的研究中，天文學家觀測了HAT-P-11b的大氣，而並不清楚其上的天氣是否多雲。他們使用哈勃空間望遠鏡的寬視場望遠鏡3以及投射光譜技術，在行星從主星前方通過時對其進行了觀測。星光會從行星大氣的邊緣通過，如果存在水蒸汽等分子，那麼它們會吸收部分星光，在望遠鏡接收到的光線中留下獨有的特徵。

小組轉而使用開普勒與斯皮策望遠鏡。開普勒多年來都在觀測同一片天區，而HAT-P-11b恰好就位於這裡。這些可見光數據結合斯皮策的紅外定點觀測，通過將二者進行比較，天文學家判斷出，恆星上的星斑溫度過高，無法擁有任何水蒸汽。此時小組可以慶祝在一顆與任何太陽系行星都不相似的星球上探測到水蒸汽了。這一發現表明，該行星不具備阻隔視野的雲層，這是一個很有希望的徵兆，說明未來可以發現並分析更多無雲的行星。

來自帕薩迪那（Pasadena）加州理工學院的研究合作者希瑟·克努森（Heather Knutson）說：「我們認為，系外海王星的組分可能是多樣化的，其組分反應了它們形成的歷史。現在憑藉這樣的數據，我們可以將這些遙遠星球的起源故事拼到一起了。」

系外行星HAT-P-11b的透射光譜，圖中結合了NASA開普勒、哈勃和斯皮策空間我要看的觀測。這一結果說明，哈勃的數據明確探測到了水分的吸收譜。作為比較，圖中還繪製了選出的若干大氣模型的透射譜。（圖片提供：NASA/ESA/STScI）

來自三架望遠鏡的結果說明，HAT-P-11b被水蒸汽和氫氣覆蓋著，可能還有其他尚未辨認出的分子。理論家將提出解釋該行星組分與起源的新模型。

研究的合作者、同樣來自馬里蘭大學的德雷克·德明（Drake Deming）說：「我們的工作一路向前，從熱木星擴展到了系外海王星。我們希望能擴展有關係外行星多樣化的知識。」

天文學家希望在未來能對更多的系外海王星進行研究，並希望將同樣的方法用於超級地球，也就是類似於地球的大隻佬岩態星球，其質量最多可達地球的10倍。雖然我們的太陽系並不擁有超級地球，NASA的開普勒望遠鏡正在其他恆星周圍發現大量的此類天體。NASA預計於2018年發射的詹姆斯·韋伯空間望遠鏡將搜尋超級地球的水蒸汽以及其他分子信號。然而海洋以及潛在宜居星球相關線索的發現可能還要等上一段時間。

克努森說：「由於我們希望能夠提前找到擁有清澈大氣的行星，讓我們探測分子，我們現在進行的工作對於未來超級地球甚至更小行星的研究來說是非常重要的。」

天文學家再度祈禱晴空的出現。

更多關於哈勃、開普勒與斯皮策望遠鏡的信息請訪問：http://www.nasa.gov/。

（全文完）