一顆溫暖「海王星」的濕潤天空

周一·最新發現|周二·牧夫專欄

周三·太空探索/周三·天文測試

周四 · 觀測指南|周五·深空探測

周六·星空的詩|周日·天文周曆

一顆溫暖「海王星」的濕潤天空

天文學家已經在一顆溫暖的類似海王星的地外行星HAT-P-26b上檢測到了水，為這些行星的起源提供了線索。

這些最先被發現的地外行星都出現在了都是科學家本來所認為不可能出現的位置，比如和木星質量相近的類木行星，還有一些比它們小一點的和海王星質量相近的類似海王星的行星都因離母星非常近而很灼熱。這讓科學家在試圖解釋它們的起源時非常困惑：氣體和冰質行星理論上應該離母星較遠才對，那麼這些離母星如此近的氣體和冰質行星究竟是如何形成的呢？

現在，通過對一顆溫暖的「海王星」HAT-P-26b進行細緻觀察，科學家得以提供了一些這類行星起源的線索。

HAT-P-26b行星的藝術概念圖

熱木星和溫暖海王星的起源

天文學家一向認為巨行星只能形成於行星系統的凍結線以外。越過凍結線後，低溫會令甲烷、二氧化碳以及水凍結。這些氣體被凍結成冰碴，為建築行星提供了原料。如果行星更接近母星，那些冰塊會升華成氣體，也就不能成為形成行星的吸積過程的原料。

針對這個問題現有兩個假說。第一個是遷移說：巨行星可以在遠離凍結線的地方形成，然後通過與原恆星盤，路過的恆星，或另一個行星相互作用，向內移動。第二個是原地形成說：也就是因為某些原因母星周圍有足夠的原料，熱巨行星便直接在接近母星的軌道上形成。

摘掉HAT-P-26b的神秘帽子

HAT-P-26b是一顆425光年外和我們的海王星質量相當的行星，每四天都會經過自己的母星前方。故每四天我們都可以用透射光譜法，分析透過行星大氣層的光線來檢驗它大氣的化學成分。利用行星運行到恆星前方的時機，NASA戈達德太空飛行中心的漢娜·韋克福德和她的同事們四度使用哈勃望遠鏡收集母星的光譜，在另外兩次的掩星期間採用了斯皮策望遠鏡的檔案記錄。 綜合以上數據，她們重建了一個囊括0.5至5微米的波長光線的光譜 - 這是尋找水的理想光譜範圍。

然後她們找到了水：光譜揭示了行星表面存在的輕雲層，以及其大氣中水分子的蹤跡。水是大氣中典型的重元素攜帶者，重元素指除氫和氦以外的所有元素。在水存在的條件下，分析HAT-P-26b的重元素含量居然是太陽的4.8倍，這個測量數據更接近木星的重元素含量（比太陽大5倍），而不接近海王星的重元素含量（比太陽大100倍）。所以稱這個星球為溫暖的小木星更為恰當。

HAT-P-26b的藝術概念圖，是425光年外的又一顆溫暖的海王星，在最近被哈勃和斯皮策望遠鏡發現。

然而，在現階段，透射光譜測量的方法還不精確，仍存在很大的不確定性：這顆行星上大氣層的重元素的真實丰度也可能在太陽的0.8到26倍之間。儘管數據有很大的不確定性，這個星球也已經違背了我們現今在自己的太陽系中看到的趨勢：大質量行星通常擁有較少的重要元素，而小質量行星則較多。鑒於它有與海王星的質量，HAT-P-26b的重元素丰度應該比現在更多。

所以，就像質量較大的木星一樣，HAT-P-26b主要由氫和氦組成。 而且由於這種氫氦的原始混合物相對沒受到行星早期形成階段產生的重元素的干擾，所以在這個行星系統的形成過程中，這個星球必須形成得相對較晚。 韋克福德和她的同事認為，在晚期形成的行星是不可能有太多的時間向內遷移的，所以這個星球可能是在原地，也就是現在離母星較近的位置，通過在其母星周邊收集原材料聚集形成的。

作者：莫妮卡·楊（Monica Young)

翻譯：陳艷玲 | 校對：陸寅楓

編排：陳艷玲 | 配樂：解仁江

責任編輯：解仁江

專欄打賞

『天文濕刻』 牧夫出品

筆尖上的海王星

via ProfAbelMendez

謝謝閱讀

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！