By Tan, Jinge
美国国家航空航天局/欧洲航天局通过将哈勃空间望远镜对25颗热木星[1][2]的观测数据交给一个国际天文学家团队进行分析，使得他们对五个长期存在的关于太阳系外行星的问题有了新的理解，这项研究发表在《天体物理学杂志增刊》[3]上，是迄今为止对系外行星大气进行的最大调查之一。
欧洲航天局公布了一组太阳系外“热木星”（ Hot Jupiters ）的模拟图。
热木星是一种气体巨星，围绕其恒星运行，通常在10天内完成。虽然在我们的太阳系中没有热木星，但它们是太阳系外常见的一种行星。
通过使用大量系外行星样本和分析大量数据，研究人员能够确定趋势，并解决多年来小型研究无法最终回答的问题。
在这些发现中，研究人员发现，热木星的昼侧和夜侧非常不同，温度从白天到晚上下降了数百摄氏度（研究人员发现平均差异为1000℃）。
他们还发现，许多热木星有热倒转的大气，也被称为平流层——也就是说，它们的上层大气温度随着海拔的升高而升高。这似乎是由于金属元素（氧化钛、氧化钒和铁氢化物）的存在吸收了恒星的光，从而加热了大气。这是一个类似的现象发生在地球上通过臭氧层。
研究人员还证实，在最热的行星上，分子正在分解；他们发现一些行星的水含量比预期的要少，这表明它们的形成方式与水含量更高的行星不同；他们检测到的金属比模型预测的要多，这意味着这些行星的形成可能与之前认为的不同。
研究人员表示，更好地了解系外行星将有助于解决有关太阳系演化的问题。
这项新工作由伦敦大学学院（ UCL ）的研究人员领导，使用在单个系外行星大气调查中检查的最大数量的档案数据来分析25颗系外行星的大气层。大部分数据来自 NASA / ESA 的哈勃空间望远镜的观测。主要作者 Quentin Changeat 解释说：“哈勃望远镜能够对25颗系外行星进行深入的表征，我们了解到的关于它们的化学和形成的信息量——由于十年的密集观测活动——令人难以置信。”
科学团队试图找到关于系外行星大气层的五个开放问题的答案——他们的问题探讨了 H 和某些金属可以告诉我们的系外行星大气的化学和循环以及行星的形成。他们选择调查各种各样的热木星，目的是确定其样本种群中的趋势，这些趋势可能会更广泛地提供对系外行星大气层的见解。该研究的联合负责人，伦敦大学学院的比利·爱德华兹（ Billy Edwards ）和原子和能源替代方案委员会（ CEA ）说：“我们的论文标志着该领域的一个转折点：我们现在正在从单个系外行星大气的特征转向大气种群的特征。”
为了调查他们的25颗系外行星样本，该团队重新分析了大量的档案数据，包括600小时的 Hubble 观测，他们补充了斯皮策空间望远镜（ Spitzer Space Telescope ）[4]400多个小时的观测。他们的数据包含所有25颗系外行星的日食，以及其中17颗系外行星的凌日。当系外行星从地球上看到的系外行星经过其恒星后面时，会发生日食，当行星经过其恒星前面时，就会发生日食。日食和凌日数据都可以提供有关系外行星大气层的关键信息。
在对这些数据分析以后，该团队能够确定系外行星大气体质与观测行为之间的一些明显趋势和相关性。他们的一些主要发现与系外行星样本大气中存在或不存在热反转有关。他们发现，几乎所有具有热倒置大气层的系外行星都非常热，温度超过2000开尔文。重要的是，这是足够热的，金属物质TiO（氧化钛），VO（氧化钒）和FeH（氢化铁）在大气中是稳定的。在显示热反转的系外行星中，几乎所有的系外行星都被发现在大气层中含有 H-，TiO，VO 或 FeH 。
从这些结果中得出推论总是具有挑战性的，因为相关性不一定等于因果关系。然而，该团队提出一个令人信服的论据，说明为什么 H-，TiO，VO 或 FeH 的存在可能导致热反转——即所有这些金属物种都是恒星光的非常有效的吸收者。可能是系外行星大气层的温度足以维持这些物种，它们往往会被热倒置，因为它们吸收了太多的恒星光，以至于它们的高层大气会进一步升温。相反，研究小组还发现，较冷的热木星（温度低于2000开尔文，因此大气中没有 H-，TiO，VO 或 FeH ）几乎从未有过热倒置的大气层。
这项研究的一个重要方面是，该团队能够使用大量的系外行星样本和极其大量的数据来确定趋势，这可以用来预测其他系外行星的行为。这是非常有用的，因为它提供了对行星如何形成的见解，也因为它允许其他天文学家更有效地计划未来的观测。相反，如果一篇论文非常详细地研究了一颗系外行星，虽然这很有价值，但从中推断趋势要困难得多。对系外行星种群的更好理解也可以使我们更接近于解决有关我们太阳系的开放谜团。正如 Changeat 所说：“尽管我们有能力获得原位测量，但许多问题，例如地球上水的起源，月球的形成以及地球和火星的不同进化历史仍未得到解决。大型系外行星种群研究，例如我们在这里介绍的研究，旨在了解这些一般过程。
参考来源：
[1]热木星 – 系外行星探索：太阳系外的行星 (nasa.gov)
[2]Hot Jupiters: Origins, Structure, Atmospheres (wiley.com)
某些金属竟然也可以成为大气中的成分，长知识了。