首次在「超熱木星」上發現鐵和鈦，比大多數恆星還要熱

天文學家首次在太陽系外的一顆行星的大氣層中發現了鐵和鈦。這顆名為KELT-9b的系外行星是迄今為止發現最熱的外星世界。這顆行星是如此炙熱，甚至比大多數恆星還要熱。這顆酷熱的系外行星位於天鵝座，距離地球約620光年，天文學家稱之為「超熱木星」。KELT-9b是一個巨大的氣體世界，就像木星一樣，木星是太陽系中最大的行星。但它要大得多——質量是木星的三倍，直徑是木星的兩倍——而且它的軌道非常接近母星KELT-9。「超熱木星」是一個非官方的術語，指溫度超過3100華氏度(1700攝氏度)的熱木星系外行星。

博科園-科學科普：瑞士伯爾尼大學天體物理學家Kevin Heng說：太熱了，即使是行星，也有點像恆星。KELT-9b可以達到7800華氏度(4300攝氏度)。這破紀錄的高溫使天文學家能夠在KELT-9b大氣中探測到鐵和鈦。長期以來，研究人員一直懷疑這些元素存在於一些系外行星上（鐵是宇宙中最豐富的元素之一）但在較冷的環境中很難探測到，因為這些原子大多「被困在其他分子中」。

然而KELT-9b非常熱，以至於雲層不會在其大氣中凝結，使單個的鐵原子和其他金屬單獨飛行。鈦曾在一顆系外行星的大氣層中被發現過——但不是以原子的形式。2017年9月天文學家通過哈勃太空望遠鏡宣布，他們在一顆名為開普勒- 13a的系外行星的大氣層中發現了二氧化鈦(由一個鈦原子和兩個氧原子組成的分子)。

KELT-9和行星KELT-9b的概念圖，KELT-9b是已知最熱的系外行星。圖片：MPIA

天文學家可以通過觀察來自太空物體的光譜來探測不同的元素。由於這顆系外行星並不發出自己的光，因此研究小組研究了在太陽凌日過程中收集的望遠鏡數據。很方便的是這項研究之前，這些數據就已經存在了，利用光譜數據在KELT-9b大氣中尋找氫之後，實際上把這些數據保存在抽屜里，因為沒有理由去尋找鐵或鈦。

然後幾個月前，研究人員做了一項理論研究，預測那裡會有鐵和鈦，這推動了搜索。利用來自西班牙拉帕爾馬伽利略國家望遠鏡的一年前的數據，研究人員開始尋找通過KELT-9b大氣中4小時傳輸光譜中的金屬。這些數據是用一種叫做HARPS的光譜儀採集的，HARPS是一種高精度徑向速度行星探測器。

當把光「分裂」成光譜時，不同的原子或分子都有一個指紋，只要有足夠的解析度，足夠好的數據，每個分子都有一個獨特的指紋。KELT-9b大氣中存在鐵和鈦的指紋，要找到這些元素的指紋需要「高性能計算技術的結合、光譜資料庫的精心管理以及對細節的細緻關注。研究團隊向伯爾尼大學的天體物理學家西蒙·格林尋求幫助（原子和分子混濁度計算方面的專家），這些混濁物的計算並不容易，因為需要評估數百萬至數十億條譜線的強度和形狀。之前研究KELT-9b大氣中氫的時候發現光譜中有很強的氫吸收譜線，而不需要研究團隊那樣做更複雜的相互關係分析來發現鐵和鈦。為尋找氫而收集數據的天文學家「缺乏對鐵等金屬進行認真研究的理論動機。

這是系外行星KELT-9b的概念，KELT-9b的軌道非常接近它的主星，以致於它的圓盤看起來比天空中的太陽大70倍。圖片：Denis Bajram/Nature

發表在《自然天文學》上的另一項研究表明，氫實際上是從KELT-9b的大氣中「沸騰」出來的，並被吸入了行星的母恆星。重金屬元素有可能也在逃逸，因為氫氣的大量逃逸會將重元素『拖』到大氣中非常高的位置。儘管KELT-9b大氣中的鐵和鈦是一個巨大的發現，這項技術本身真的很令人興奮，使用同樣的技術來檢測生物學或生物簽名，在地球上認為是氧氣和其他一些不為人知的分子，但不知道生物特徵是什麼。

如果你知道它們是什麼……可以用完全相同的技術在更冷、更小的行星上檢測這些分子。天文學家不太可能在這顆地獄般的行星上發現任何生命跡象，但研究團隊在KELT-9b的光譜中發現了一些其他有趣的元素。研究團隊也在努力讓哈勃太空望遠鏡獲得時間去尋找水。最終的目標是「對行星進行一個完整的化學清單」探測，哈勃還將能夠提供一些關於KELT-9b上天氣的信息，行星上應該會有猛烈的風暴。

博科園-科學科普｜文：Hanneke Weitering/Space

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