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NASA科学家在5颗系外行星大气中发现水汽信号

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核心提示:据美国宇航局官方网站报道,借助哈勃空间望远镜的强大观测能力,两个科学家小组在5颗遥远的系外行星大气中检测到水的微弱信号。

美国宇航局的科学家们在分别围绕3颗恒星运行的5颗系外行星大气中检测到水汽信号。此外,所有这5颗行星都显示存在雾霾的迹象。这张示意图表现的是一颗系外行星的大气被它围绕运行的恒星光芒所照亮。

为了了解一颗遥远的系外行星大气中究竟有无水汽成分,科学家们等待其通过恒星面前时观察其大气吸收光谱,看看哪些波段出现了吸收信号,据此可以判断行星的大气成分

据美国宇航局官方网站报道,借助哈勃空间望远镜的强大观测能力,两个科学家小组在5颗遥远的系外行星大气中检测到水的微弱信号。

事实上在此之前便已经有报告称在一部分围绕其它恒星运行的系外行星大气中检测到水汽信号。但这是首次获得对这种信号的可靠测量并对不同系外行星大气中的此类信号进行对比。

这5颗被检测出水汽信号的系外行星分别是WASP-17b, HD209458b, WASP-12b, WASP-19b 和 XO-1b,它们都围绕距离我们较近的恒星运行。这5颗行星大气中的水汽信号强弱不一。WASP-17b拥有明显膨胀的大气层,而HD209458b则显示出最明显的信号。其它3颗行星WASP-12b, WASP-19b 和 XO-1b的大气中也同样被检出水汽信号。

美国宇航局戈达德空间飞行中心行星科学家,艾维·孟德尔(Avi Mandell)表示:“我们确信在多颗系外行星的大气中检测出了水汽信号。这项研究开启了一扇大门,让我们得以比较在不同类型系外行星的大气中水量的多寡,比如说温度较高或是温度较低的行星。”孟德尔同时也是发表于《天体物理学报》上有关此项发现的论文第一作者。

这项研究实际上也是一项旨在对系外行星大气开展统计调查工作的一部分,这一工作由美国马里兰大学的德雷克·戴明(L. Drake Deming)负责。这两个小组均使用了哈勃空间望远镜的广角相机3号对这些行星大气中的吸收信号进行细致分析。这次的观测波段主要集中于红外波段,因为如果这些行星大气中的确存在水汽成分,那么其光谱吸收信号应当出现在这一波段位置。研究小组对获得光谱的形态和强度进行了解译,结果显示这些行星大气的光谱中含有水汽信号。这项工作也证明了哈勃望远镜在开展系外行星研究时的重要意义。

戴明的研究组在9月10日一篇刊载于同一杂志上的论文中表示:“要想检测一颗系外行星大气的光谱信号是极其困难的。”正因为如此,戴明的研究组开发了一种新的技术手段延长了望远镜的曝光时间,这样做可以增强信号强度,从而更有利于对其进行探测。

检测结果得到的水汽信号均弱于预期,科学家们认为这可能是由于水汽信号受到了大气中雾霾或尘埃层的阻隔。雾霾的存在可以削弱所有其他光谱信号,就像是在浓雾天拍的照片都模糊不清一样。与此同时,雾霾对水汽和其他重要分子光谱产生的影响也会显示不同的特征。

这5颗系外行星都属于热木星类型,它们是巨大的气态巨行星,但非常靠近恒星。起先研究人员们对于这5颗行星大气中似乎都存在雾霾感到非常惊讶。但随后戴明和孟德尔均指出,其它研究者同样也发现在其它系外行星大气中存在着雾霾现象。

美国加州理工学院的希特·诺特森(Heather Knutson)是戴明论文的合著者,他表示:“这些研究,加上哈勃望远镜开展的其它观测工作,都向我们证明了一点,那就是:在很大一部分天体上的水的信号都出现了被削弱甚至是完全消失的情况。这就证明在热木星类型的系外行星上,大气中出现多云或是雾霾现象应当是非常普遍的。”

哈勃空间望远镜的广角相机3号是少数几台有能力观察数万乃至数十万亿公里外遥远系外行星大气状况的设备。并且,只有当这些系外行星恰好在穿过它们所围绕运行的恒星前方时才有可能进行这样的观测,这是一项极具挑战性的工作。天文学家们可以通过观察光谱中的哪些部分被吸收,哪些部分顺利通过来判断行星大气中的成分组成。

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