“超級地球”型系外行星大氣首次精確測定

新浪科技訊 北京時間2014年1月14日消息，據物理學家組織網站報導，設想對一顆遙遠的系外行星進行天氣預報會怎麼樣？至少對於系外行星GJ 1214b來，這將是一件非常簡單的事情：今天多雲，明天多雲。更遠的未來？多雲。

美國芝加哥大學天文與天體物理學系的研究人員報告稱他們首次精確測定了一顆圍繞其它恆星運行的“超級地球”型系外行星的大氣模式。

如上所述，這顆系外行星編號為GJ1214b，其質量介於地球與海王星之間，因此在天文學上被歸入“超級地球”一類。近期進行的一項對系外行星的搜尋計劃顯示這類系外行星在銀河系中可能是最為常見的類型。由於這一類型的行星在我們太陽系中找不到對應的參照行星，因此我們對其自然系統的本質所知甚少。

此前對GJ 1214b進行的研究給出了這顆行星大氣性質的兩種可能解釋。其大氣層可能完全由水氣或某些其他類型的較重的分子組成，或者另一種可能是其大氣中存在大量高層雲，阻礙了對其下部大氣情況的觀察。

但現在，一個由芝加哥大學天文學家羅拉·克萊德伯格(Laura Kreidberg)和雅各布·比恩(Jacob Bean)組成的研究組借助哈勃空間望遠鏡收集的數據明白無誤的檢測到了行星GJ 1214b大氣中雲層存在的證據。此次哈勃空間望遠鏡在11個月的時間內花費長達96個小時的進行觀測。事實上這是哈勃望遠鏡項目在單個系外行星目標進行的最長時間觀測。

研究小組稱這一成果是有助於判斷太陽系之外類地行星宜居性的一項里程碑式成就。有關研究結果發表於1月2日出版的《自然》雜誌上。克萊德伯格表示：“我們將哈勃望遠鏡的能力推向了極限。”他是這一研究論文的第一作者，今年是三年級研究生。他：“這項進展奠定了未來使用相似方法觀測其它太陽系外類地行星的基礎。”

比恩是芝加哥大學助理教授，也是該項目的首席科學家。他：“我對此感到很興奮，要知道哈勃望遠鏡從來都不是為了這樣的觀測項目而設計的，你知道，開展如此精確複雜的觀測並對一顆圍繞其它恆星運行的系外行星的一些性質進行細緻觀測。”

GJ 1214b距離地球大約40光年，位於蛇夫座。由於這種較近的距離，加上它圍繞運轉的恆星質量又比較小，使GJ 1214b成為從地球最容易開展觀測的超級地球類系外行星。它每38個小時就會遮掩它的母星一次，此時陽光穿過其大氣層。這就給了天文學家們一次好的機會來研究其大氣的各項特徵。

克萊德伯格，比恩和他們的同事們使用哈勃空間望遠鏡精確測得GJ 1214b的紅外波段光譜，並在其中檢測到確鑿證明大氣高層雲存在的證據。這些雲層遮蔽了這顆行星大氣成分的信息，並阻礙我們對其低層大氣運動模式以及地表形態的觀察。

這顆系外行星是在2009年由MEarth項目發現的，該項目對2000顆紅矮星進行檢測，尋找圍繞它們可能存在的系外行星。隨後天文學家們便開始致力於對這顆行星的大氣層進行跟進觀測。2010年比恩獲得這顆行星的首份大氣光譜，當時使用的是地面上的望遠鏡，結果顯示這顆行星的大氣要麼完全由水氣組成，要麼存在大量高空雲層，主要成分是氫。

隨后在2012年至2013年，研究組申請了哈勃空間望遠鏡的觀測時間，這次的觀測讓研究組得以從這兩種可能性中做出區分。哈勃望遠鏡進行的觀測的一個重要結果是，它沒有能在這顆行星的大氣中檢測到任何化學分子信號。這一點讓研究組得以排除這顆行星大氣中沒有雲，而完全由水氣，甲烷，氮氣，二氧化碳或一氧化碳構成的可能性。

對哈勃望遠鏡的觀測結果最好的解釋是這顆行星的大氣高層存在雲層，但這些雲層的組成仍然未知。此前對於超級地球類系外行星的大氣模型認為，在GJ 1214b這樣溫度高達450華氏度(約合232攝氏度)的系外行星環境下，其雲層成分可能是氯化鉀或硫化鋅。克萊德伯格表示：“在這樣的環境下，這裏形成的雲層的組成成分與地球上相比是非常不一樣的。”

美國宇航局未來將發射下一代大型空間望遠鏡“詹姆斯·韋伯”(JWST)，這架望遠鏡將在未來數年內完成並發射。一旦發射升空，它將大大加強天文學家們在這方面的觀測能力。克萊德伯格表示：“展望未來，詹姆斯·韋伯空間望遠鏡將是革命性的。其強大的觀測能力將讓我們窺視像GJ 1214b這類行星大氣中的雲層結構。更重要的是，它將讓我們真正有能力對那些距離比較近的太陽系外類地行星開展觀測。”(晨風)