系外行星雲層下可能潛藏的水

科技 07-20

系外行星雲層下可能潛藏的水

熱木星指的是同木星般大小的系外行星，它們貼近恆星公轉，其大氣層通常有雲霧覆蓋。根據《天文物理學》（Astrophysical Journal）中的一項研究所述，這增加了太空望遠鏡探測雲層下方大氣中水的難度。

來源：NASA/JPL-加州理工

在包括「熱木星」的系外行星的研究中，水一直是一個熱門的話題，「熱木星」們與木星相比，其質量相似，但距離恆星更近。它們的溫度高達2000華氏度（1100攝氏度），這意味著這種行星上的水都是水蒸氣的形式。

天文學家們已經找到了大量大氣中含水的熱木星，但其他熱木星絲毫沒有水存在的跡象。加利福尼亞州帕薩迪納的NASA噴氣推進實驗室（Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California）的科學家們，想要找出這些巨大行星的大氣層之間的共同點。

研究人員們集中精力於NASA哈勃太空望遠鏡（Hubble Space Telescope）觀測的一批熱木星。他們發現大約一半的熱木星大氣層都被雲霧擋住了。

「我們研究的動力是去了解：如果這些行星被分成一組會是什麼樣子，還有它們的大氣層是不是有一些共通的性質，」領導這一研究的Aishwarya Iyer說。他是JPL的實習生，也是加州州立大學北嶺分校（California State University, Northridge）的在讀碩士生。

《天文物理學》6月1日刊登了新研究，推斷說雲霧層很有可能是阻礙太空望遠鏡探測足量大氣水的因素。由於行星的環境對於水基雲來說太過炎熱，所以雲本身不太可能由水組成。

「幾乎每一顆我們研究的行星都包含雲或霧，」lyer說。「在考慮雲霧的時候必須要謹慎，否則你可能會呈一倍或兩倍地低估系外行星大氣中的水含量。」

該研究中，科學家們察看了哈勃太空望遠鏡先前觀測的19顆熱木星。該望遠鏡的廣角相機3號（Wide Field Camera 3）已經在其中10顆行星上檢測到了大氣中的水蒸氣，其他的9顆則沒有。但這些信息被引用到了十多個研究中。由於每個研究是被分開實行的，對數據的分析和理解都不同。對於這些行星還沒有一個廣泛適用的分析。

為了比較這些行星並尋找規律，JPL團隊只能使數據標準化：研究人員把19顆熱木星的數據結合，為這一組行星製作了一個平均的總光譜，再與無大氣層的、大氣層無雲的、含有不同厚度雲層的大氣模型作比較。

科學家們測定，平均下來對於每顆他們研究了的行星，雲霧阻擋了一半的大氣。

「在部分行星中，你可以看到在雲霧上探出頭的水，而在下方很有可能存在更多的水，」Iyer說。

科學家們仍不清楚這些雲霧的性質，其中包括它們的組成。

「幾乎每一顆行星上都有雲霧，這一點令人驚訝，」JPL的博士後，同時也是這項研究的合作者Robert Zellem說。

此研究成果的含義支持了《自然》(Nature)雜誌2015年12月14日中刊登的發現。《自然》中發表的研究使用了來自NASA哈勃和斯皮策太空望遠鏡（Spitzer Space Telescopes）的數據，推斷熱木星上的雲霧隱藏了未被檢測到的水。而這次的新研究只使用了哈勃這一台太空望遠鏡的數據，統一地划出了一組熱木星的特點，並且首次量化了被雲霧遮擋住的大氣。

這項新研究的成果可能會給後續研究帶來啟示，例如將要使用像NASA的韋柏太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）這樣的未來太空天文台。對於更加廣闊的研究來說，那些帶著厚重雲層的系外行星是不太理想的目標。

科學家們說，這些成果對於研究行星的形成也有很大的意義。

「這些行星是在它們當今的位置形成的？還是從遙遠的主星那移動過來的？如果我們對像水這樣的大量存在的分子有了一定的了解，就有助於回答這些問題，」Zellem說。

「這篇論文在系外行星的研究與對它們性質的比較方面，是激動人心的一步，」研究合作者，探索系外行星與JPL科學組主管人Mark Swain說。

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