天文学家在海王星大小的系外行星上发现晴朗的天空和水汽

在该画家的描绘中，显示了一个海王星大小的行星，大气清晰，横穿恒星。美国宇航局的哈勃望远镜和斯皮策望远镜等望远镜观察到了这种穿越或过境，以收集有关行星大气的信息。图像

研究人员利用NASA的Spitzer，Hubble和Kepler太空望远镜的综合力量，在海王星大小的气态系外行星上发现了晴朗的天空和水汽，这是最小的行星，可以从中探测到任何种类的分子。

美国宇航局科学任务部华盛顿特区助理行政官约翰·格伦斯菲尔德说：“这项发现是最终分析更细小的岩石行星（更像地球）的大气成分的重要里程碑。”“只有今天，这些独特而强大的天文台的综合能力才能成就这些成就。”

行星大气层中的云可能会阻碍查看潜在分子的视线，这些分子会揭示有关行星组成和历史的信息。在海王星大小的行星上找到晴朗的天空是一个好兆头，表明较小的行星可能具有类似的良好能见度。

“当天文学家在晚上用望远镜观察时，他们说'晴朗的天空'意味着好运，”《自然》杂志上的一项新研究的主要作者，马里兰大学马里兰分校的乔纳森·弗赖恩说。“在这种情况下，我们在遥远的星球上发现了晴朗的天空。这对我们来说是幸运的，因为这意味着云不会阻挡我们对水分子的观察。”

HAT-P-11b行星被归类为外海王星，即海王星大小的行星，绕着HAT-P-11恒星运行。它位于天鹅座星座120光年之外。与我们的海王星相比，该行星的运行更接近其恒星，大约每五天绕一圈。这是一个温暖的世界，被认为具有岩石核和气态气氛。直到现在，人们对行星的组成或其他类似它的外海王星的了解都不多。

系外行星HAT-P-11b的传输频谱图，结合了来自NASA开普勒，哈勃和斯皮策天文台的数据。结果显示在哈勃数据中对吸水率的可靠检测。绘制所选大气模型的透射光谱以进行比较。图像

分析像这样的行星的大气层时面临的挑战之一就是它们的大小。较大的类似木星的行星由于其令人印象深刻的周长和相对膨胀的大气而更易于观察。实际上，研究人员已经在这些行星的大气中发现了水蒸气。先前观察到的少数几个较小的行星被证明更难以部分探测，因为它们似乎都处于多云状态。

在这项新的研究中，天文学家开始研究HAT-P-11b的大气，但不知道它的天气是否会导致云雾。他们使用了哈勃望远镜的Wide Field Camera 3，以及一种称为透射光谱的技术，该技术可以观察到一颗行星在其母恒星前方越过时观察到的现象。星光穿过行星大气层的边缘；如果存在像水蒸气这样的分子，它们会吸收一些星光，并在到达我们望远镜的光中留下明显的特征。

使用此策略，哈勃能够检测到HAT-P-11b中的水蒸气。但是在团队能够在外星海王星上庆祝晴朗的天空之前，他们必须证明星点-恒星表面较冷的“雀斑”-并不是水蒸气的真正来源。母恒星上的凉爽星点可能包含水蒸气，这些水蒸气可能错误地似乎来自地球。

团队转向开普勒和斯皮策。开普勒多年来一直在观察一片天空，而HAT-P-11b恰好位于野外。这些可见光数据与在红外波长下获得的有针对性的Spitzer观测值相结合。通过比较这些观察结果，天文学家发现星点太热而没有蒸汽。那时，该团队可以庆祝探测到一个与我们的太阳系不同的世界上的水蒸气。这一发现表明该行星没有遮挡视线的云，这是一个希望的信号，表明将来可以找到和分析更多无云的行星。

这项研究的合著者，帕萨迪纳加州理工学院的希瑟·努特森说：“我们认为外海王星可能具有很短的成分，反映了它们的形成历史。”“现在有了这样的数据，我们可以开始为这些遥远的世界的起源拼凑一个叙述。”

所有三个望远镜的结果表明，HAT-P-11b被水蒸气，氢气和其他可能尚未确定的分子所覆盖。理论家将草拟新模型来解释地球的构成和起源。

这项研究的合著者德雷克·戴明（Drake Deming）说：“我们正在努力研究，从炽热的木星到海王星外海王星。”“我们希望将我们的知识扩展到一定范围的系外行星。”

天文学家计划在未来检查更多的海王星，并希望将同样的方法应用于超级地球，这是质量高达10倍的巨大岩石近亲在我们的家中。尽管我们的太阳系没有超级地球，但美国宇航局的开普勒任务是成群结队地将它们发现在其他恒星周围。计划于2018年发射的NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜将在超级地球上搜索水蒸气和其他分子的迹象；然而，寻找海洋和潜在宜居世界的迹象可能是一个遥远的路。

克努特森说：“我们现在正在做的工作对于未来对超地球乃至更小的行星的研究非常重要，因为我们希望能够提前挑选出具有清晰大气层的行星，从而使我们能够检测出分子。”

再次，天文学家将穿过他们的手指以获取晴朗的天空。

出版物：乔纳森·弗赖恩（Jonathan Fraine）等人，“海王星大小系外行星在透明大气中的水蒸气吸收”，《自然》 513，526–529（2014年9月25日）； doi：10.1038 / nature13785

图片：NASA / JPL-Caltech； NASA / ESA / STScI