在系外行星HR 8799c上尋找生命跡象

原標題：在系外行星HR 8799c上尋找生命跡象

在系外行星HR 8799c上尋找生命跡象

文章來源：Astronomical Journal

原作：王吉

編譯：艾宇熙

校譯：徐鵬暉

編排：王璞

//iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/aae47b

preprint: https://arxiv.org/abs/1809.09080

近日，天文學家們獲得了迄今為止關於系外行星HR 8799c化學成分的最佳數據。HR 8799是一顆位於飛馬座的主序星，距離地球129光年，已知有四顆行星，分別被命名為HR 8799b、HR 8799c、HR 8799d和HR 8799e。HR 8799c是一顆年輕的巨型氣體行星，質量大約是木星的7倍，繞轉周期約200年。

HR 8799系統的組成

圖片來源 凱克天文台

研究團隊使用了夏威夷凱克天文台最先進的儀器進行研究，確認了HR 8799c大氣中存在水，且缺乏甲烷。此前，也有其他團隊作過類似的觀測和研究，但本次研究通過將高分辨分光和自適應光學技術結合，獲得了更為可靠的新結果。自適應光學技術可以修正地球大氣對觀測結果的模糊效應。

凱克天文台的兩台望遠鏡，凱克I和凱克II

圖片來源 NASA-JPL

「在未來尋找類地行星的生命跡象時，我們需要的正是這類技術。我們的技術還有提升空間，研究人員正在努力。」 Dimitri Mawet告訴我們。Dimitri Mawet是加州理工大學天文學系的副教授，也是NASA噴氣推進實驗室（NASA-JPL）的研究員。他所在團隊的研究論文近日發表在《天文學報》上，Mawet是論文共同作者之一。論文第一作者王吉博士曾在加州理工大學進行博士後研究，現在是俄亥俄州立大學的助理教授。

給系外行星拍照是一項艱難的任務，這是由於系外行星所繞轉的恆星發出的光往往比系外行星更強，使我們很難看見它們。目前，人們也僅僅直接拍攝到了十幾顆系外行星的圖像，HR 8799是其中唯一一個被拍攝到的多行星系統。凱克望遠鏡的自適應光學技術在直接拍攝HR 8799系統的過程中功不可沒，這一行星系統也是人類發現的第一個太陽系外的行星系統。

在獲得圖像後，天文學家們使用分光計將行星的發光進行分光，得到光譜，其原理和效果與三稜鏡將太陽光折射為彩虹帶類似。行星的光譜展現出其化學組成的特徵。目前，這一技術已被用於研究幾個巨型系外行星的大氣組成。接下來，這一技術將被用於研究體積更小、繞轉距離更近——也就是更難被觀測到——的系外行星。最終的研究目標是在目標恆星的「宜居帶」中尋找類地行星，並分析它們的化學構成。如果這樣的系外行星含有水、氧氣和甲烷，就意味著它們可能產生生命。

類似地球的系外行星

圖片來源 NASA

Mawet的團隊希望與另外幾個研究組合作，利用將於2030年前建成的三十米望遠鏡進行此類研究。不過目前，科學家們所能做的是優化在凱克天文台的觀測技術，並利用已有數據研究巨型行星的組成和動力學性質。「目前，利用凱克望遠鏡，我們已經了解到一些這類巨型系外行星的物理和動力學性質，它們看起來和我們的太陽系行星格外不同。」王吉告訴我們。

在這項研究中，研究者們用到了凱克II望遠鏡上的近紅外低溫中階梯光柵攝譜儀（NIRSPEC）。他們將攝譜儀與凱克天文台強大的自適應光學系統結合，通過用引導星修正地球大氣擾動的方法獲得更精準的照片。

這也是研究人員第一次使用行星光譜上的L帶闡釋研究結果。L帶是波長約3.5微米的紅外線區，這一區域的光譜能夠呈現出很多細節上的化學特徵。「從前，L帶常常被忽略，這是由於這個波段下，背景信號太強了，」Mawet說，「如果你是一個外星人，在L帶的波段下進行觀測，你只能看到極亮的天空背景，在背景之中很難看見任何系外行星。」而自適應光學系統幫助研究者更好地利用L帶的信息研究HR 8799c。在他們的研究中，他們對該行星的化學組成進行了迄今為止最精準的測量，進一步確認了先前的假設，即這顆行星含水，且缺乏甲烷。

「我們現在更加確定這顆行星缺乏甲烷了，」王吉說，「這可能是行星大氣的混合造成的結果。我們曾經假設它的表面上存在甲烷，但如果這顆行星的對流效應很強，其內部又不含甲烷的話，原本表面上可能存在的甲烷就在內部物質對流到表面的過程中被稀釋了。」

L帶也可用於測定行星碳氧比，這一比例有助於我們了解行星的形成位置和過程。行星形成於恆星周圍的旋流盤中，這其中包含各種富含氫、氧、碳的物質，如水、一氧化碳、甲烷。這些分子在距離恆星不同的位置上凍結，這些原行星盤上的不同位置被稱為某種化學分子的「雪線」。因此，在原行星盤不同位置上形成的行星具有不同的化學組成，碳氧比是反映這種差異的一個指標。

目前，Mawet團隊正在凱克天文台測試一種新的行星成像及特徵分析儀，這也是在為未來使用三十米望遠鏡進行研究做準備。

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責任編輯：王克義

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圖片來源 www.kerbalspaceprogram.com

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