哈勃發現系外行星比預想更乾燥 或挑戰現有理論

新浪科技訊 北京時間7月28日消息，據美國宇航局網站報導，借助美國宇航局的哈勃空間望遠鏡，天文學家們在一些系外行星的大氣層中搜尋水氣存在的線索，這些系外行星都圍繞與我們太陽相類似的恆星運行，研究的結果發現這些行星的大氣比原先預想的更加乾燥。

此次進行研究的三顆系外行星分別是HD 189733b, HD 209458b以及WASP-12b，它們到地球的距離大約在60~900光年之間。科學家們選中這幾顆行星來搜尋其大氣中的水氣，是因為這些行星的溫度較高，水分容易蒸發形成大量瀰漫在大氣中的水氣，從而可以被從遠處探測到。

這些行星被歸入所謂的“熱木星”一類，這類行星距離它們的恆星很近，因此其溫度也就非常高，常常可以達到1500~4000華氏度(800~2200攝氏度)。然而觀測卻顯示，這些行星上的水含量僅有按照標準行星形成理論模型預測水平的1/10~1/100。

英國劍橋大學天文研究院的尼庫·馬胡蘇丹(Nikku Madhusudhan )表示：“我們對其中一顆行星，HD 209458b進行的水氣測量是迄今對一顆太陽系外行星進行的化學成分方面精度最高的測量。因此現在我們可以比以往任何時候都更加有信心的，我們在系外行星上探測到了水的存在。然而我們對於探測到的水量竟然如此之少而感到震驚。”

馬胡蘇丹是這項研究的第一作者，他表示，這項研究的結果對於現有系外行星形成理論提出了挑戰。他：“基本上它完全打亂了現有的行星形成理論。我們原先認為這些行星上應該都存在較多的水。但現在看來我們可能將需要重新評估巨行星，尤其是那些所謂‘熱木星’的形成以及遷移模型，並重新思考它們究竟是如何形成的。”

他強調表示這一研究結果在未來搜尋潛在系外類地行星上水分的過程中或將具有重要的指導意義。而如果這些系外行星上水分的含量低於預期，那麼未來空間望遠鏡上搭載的相應科學設備的靈敏度也就必須更高才行。馬胡蘇丹表示：“當我們隊那些所謂‘超級地球’進行觀測時，必須有心理准備，這些行星的含水量可能遠低於預期。”所謂超級地球是指那些質量約為地球數倍的岩石固體行星體。

借助由哈勃空間望遠鏡獲得的這幾顆行星的近紅外波段數據，馬胡蘇丹和同事們測算出與數據結果相吻合的大氣含水量數值。

之所以選擇這些行星，還有一個考慮是這些行星圍繞較為明亮的恆星運行，這樣的恆星可以生足夠強大的輻射，從而使得紅外波段的光譜觀測得以進行。哈勃望遠鏡加上光譜儀設備，可以捕捉到在這些系外行星大氣背景上疊加的水氣吸收信號。

在地面進行這樣的觀測則几乎是無法做到的，因為地球本身的大氣中也存在大量水氣，這將影響觀測的結果。正如來自加拿大多倫多大學的合作研究者尼古拉斯·格羅澤特(Nicolas Crouzet)所言：“我們的確需要像哈勃空間望遠鏡這樣的設備來開展這些觀測。”

目前被最為廣泛接受的有關太陽系巨行星形成的機制被稱為“核吸積模型”，其認為是早期圍繞年輕太陽運行的原行星盤中逐漸演化形成了行星體，這些盤面的主要成分是塵埃，氣體，水冰以及其他化學元素。在圍繞恆星運轉的過程中，塵埃相互撞擊，粘合，不斷形成越來越大的顆粒。慢慢的，這些顆粒越來越大，最終形成固體的原始行星核。此時聚合過程進一步加快，在形成的固體內核基礎上吸引了大量周圍的氫氣和氦氣物質，最終形成了今天所見的氣態巨行星。

根據這一理論，相比較太陽而言，在行星內部不同的化學元素比值會發生變化，某些元素，尤其是氧，會發生富集。而一旦巨行星形成，其大氣中的氧預計將大部分形成水分子。而此次研究結果顯示出乎意料的低水含量則為這一切打上了一個大大的問號。

美國馬裏蘭大學的德雷克·戴明(Drake Deming)是這項研究的負責人之一。他表示：“關於系外行星，我們仍然有太多的未知。但這也打開了我們理解行星與恆星形成機制的嶄新窗口。”他：“問題就在於我們假定了在那些星系中水的豐度應當與我們太陽系相當。而我們的研究則顯示了，在這類行星上水的豐度信號也有可能會比預想弱的多。”有關這一研究的論文已經發表在7月24日出版的《天體物理學報》上。

哈勃空間望遠鏡是一項美國宇航局(NASA)以及歐洲空間局(ESA)之間的合作項目。位於馬裏蘭州的美國宇航局戈達德空間飛行中心負責望遠鏡的管理工作，而位於巴爾的摩的空間望遠鏡研究所(STScI)負責望遠鏡的日常科學運作。(晨風)