飞船探测外星球大气层

天文学家长期以来一直想知道太阳系外行星的大气层是什么样的。研究人员本周报告称，他们现在首次发现了一些线索。

研究人员表示，新的观测表明，望远镜最终将有能力测量各种太阳系外行星的大气成分，并寻找地球以外生命的化学标记。

美国新泽西州普林斯顿高等研究院的理论家萨拉·西格尔评论道：“这是太阳系外行星研究的一大进步，也是行星科学史上最伟大的发现之一。这是我们第一次能够开始了解（太阳系外行星的）大气层是由什么构成的。”

在这项新研究中，天文学家锁定了一颗炽热的气态行星。它的质量约为木星的三分之二，围绕距离地球 150 光年的类太阳恒星 HD 209458 运行。研究人员能够探测到这颗遥远行星的大气层，因为它会定期从其母星和地球之间直接经过。在此期间，恒星发出的光会穿过行星外层大气层，因此到达地球的光会减少。

天文学家利用哈勃太空望远镜发现，每当这颗看不见的行星经过恒星前方时，他们就会检测到特定波长的星光略微减弱。该波长对应于钠原子吸收的辐射，因此研究人员认为这种辐射一定存在于行星的大气层中。

这项技术“就像透过浓雾看一束非常明亮的探照灯”，西格尔解释道。“如果某些[光的波长]比其他波长更暗……我们就能知道雾是由什么构成的。”

帕萨迪纳加州理工学院的 David Charbonneau 和科罗拉多州博尔德国家大气研究中心的 Timothy M. Brown 于 11 月 27 日在华盛顿特区公布了这一发现。他们的团队将在天体物理学杂志。

1999 年，在另外两个团队分别发现这颗行星后不久，查博诺和他的同事首次意识到他们可以研究这颗行星的大气层。这两个团队通过探测这颗行星在其母星运动中引起的轻微摆动来辨别这颗看不见的行星。

该行星与恒星之间的距离比水星绕太阳运行的距离近得多，它绕行 HD 209458 一周只需要 3.52 天。

发现该恒星后不久，Charbonneau、Brown 和另一组天文学家对这颗恒星进行了研究，以查看其行星是否会周期性地遮挡部分星光。只有当行星轨道平面与地球边缘对齐时，观察者才能看到亮度下降。环绕 HD 209458 的天体是已知的唯一具有这种对齐方式的太阳系外行星。研究人员检测到的亮度下降揭示了行星的质量和半径（SN：11/20/99，第 324 页：https://webbedxp.com/zh-CN/science/noble/sn_arc99/11_20_99/fob1.htm）。

查博诺表示，这种排列加上这颗行星与其母星的距离，“为了解该行星的大气层提供了绝佳的机会”。

HD 209458 产生的高热使行星的大气层像热气球一样膨胀。Seager 和其他研究人员计算出，这颗行星的大气层非常稀薄，以至于每次行星经过恒星前方时，一些星光都会穿过大气层的外层，而不是被完全阻挡。

模型显示行星大气中仅含有微量的钠。尽管如此，查博诺的团队仍在寻找这种元素，因为即使是微量的钠也能​​吸收足够的光，从而被哈勃光谱仪探测到。

哈勃望远镜确实探测到了百万分之几的钠，但这比任何模型预测的都要少得多。西格尔指出，大气层中钠的含量可能比预期的要少。另一种解释是，这颗外星的大气层含有浓密的高空云层。这些云层会阻止星光深入大气层，而大气层中可能含有大量的钠。

沙博诺、布朗和他们的同事目前计划寻找大气中的甲烷、水蒸气、钾和其他化学物质。

围绕 HD 209458 运转的灼热行星不太可能支持生命。但天文学家可以应用相同的搜索技术来探测更凉爽、更适宜居住的太阳系外行星的大气层。Charbonneau 指出，这些行星的大气层可能含有氧气和生物产生的其他化学物质。

然而，他强调，这种研究行星大气的方法只有在行星从地球上看直接经过其恒星前方时才有效。所谓的热木星，例如围绕 HD 209458 运行的行星，有大约十分之一的机会出现这种排列。对于距离恒星较远的行星来说，这种几率要小得多，因为如果星光要穿过大气层到达地球，它的轨道必须更加精确地排列。

沙博诺和他的同事们刚开始使用的望远镜网络估计每个月有可能找到一颗位置正确的行星。

该小组最近采用了另一种方法来研究环绕 HD 209458 的行星的大气层。这一次，研究人员使用哈勃望远镜测量行星反射的星光强度，而不是测量穿过大气层的星光量。该团队目前正在分析数据，以找出反射光在几个波长下的强度变化。Charbonneau 表示，这些观测结果可能揭示大气中云层和粒子的大小。