“超级地球”型系外行星大气首次精确测定（图）

FRANKSTON

设想对一颗遥远的系外行星进行天气预报会怎么样？至少对于系外行星GJ 1214b来说，这将是一件非常简单的事情：今天多云，明天多云。更远的未来？多云。

艺术示意图：系外行星GJ 1214b

美国芝加哥大学天文与天体物理学系的研究人员报告称他们首次精确测定了一颗围绕其它恒星运行的“超级地球”型系外行星的大气模式。

如上所述，这颗系外行星编号为GJ1214b，其质量介于地球与海王星之间，因此在天文学上被归入“超级地球”一类。近期进行的一项对系外行星的搜寻计划显示这类系外行星在银河系中可能是最为常见的类型。由于这一类型的行星在我们太阳系中找不到对应的参照行星，因此我们对其自然系统的本质所知甚少。

此前对GJ 1214b进行的研究给出了这颗行星大气性质的两种可能解释。其大气层可能完全由水汽或某些其他类型的较重的分子组成，或者另一种可能是其大气中存在大量高层云，阻碍了对其下部大气情况的观察。

但现在，一个由芝加哥大学天文学家罗拉・克莱德伯格(Laura Kreidberg)和雅各布・比恩(Jacob Bean)组成的研究组借助哈勃空间望远镜收集的数据明白无误的检测到了行星GJ 1214b大气中云层存在的证据。此次哈勃空间望远镜在11个月的时间内花费长达96个小时的进行观测。事实上这是哈勃望远镜项目在单个系外行星目标进行的最长时间观测。

研究小组称这一成果是有助于判断太阳系之外类地行星宜居性的一项里程碑式成就。有关研究结果发表于1月2日出版的《自然》杂志上。克莱德伯格表示：“我们将哈勃望远镜的能力推向了极限。”他是这一研究论文的第一作者，今年是三年级研究生。他说：“这项进展奠定了未来使用相似方法观测其它太阳系外类地行星的基础。”

比恩是芝加哥大学助理教授，也是该项目的首席科学家。他说：“我对此感到很兴奋，要知道哈勃望远镜从来都不是为了这样的观测项目而设计的，你知道，开展如此精确复杂的观测并对一颗围绕其它恒星运行的系外行星的一些性质进行细致观测。”
GJ 1214b距离地球大约40光年，位于蛇夫座。由于这种较近的距离，加上它围绕运转的恒星质量又比较小，使GJ 1214b成为从地球最容易开展观测的超级地球类系外行星。它每38个小时就会遮掩它的母星一次，此时阳光穿过其大气层。这就给了天文学家们一次绝好的机会来研究其大气的各项特征。

克莱德伯格，比恩和他们的同事们使用哈勃空间望远镜精确测得GJ 1214b的红外波段光谱，并在其中检测到确凿证明大气高层云存在的证据。这些云层遮蔽了这颗行星大气成分的信息，并阻碍我们对其低层大气运动模式以及地表形态的观察。

这颗系外行星是在2009年由MEarth项目发现的，该项目对2000颗红矮星进行检测，寻找围绕它们可能存在的系外行星。随后天文学家们便开始致力于对这颗行星的大气层进行跟进观测。2010年比恩获得这颗行星的首份大气光谱，当时使用的是地面上的望远镜，结果显示这颗行星的大气要么完全由水汽组成，要么存在大量高空云层，主要成分是氢。

随后在2012年至2013年，研究组申请了哈勃空间望远镜的观测时间，这次的观测让研究组得以从这两种可能性中做出区分。哈勃望远镜进行的观测的一个重要结果是，它没有能在这颗行星的大气中检测到任何化学分子信号。这一点让研究组得以排除这颗行星大气中没有云，而完全由水汽，甲烷，氮气，二氧化碳或一氧化碳构成的可能性。

对哈勃望远镜的观测结果最好的解释是这颗行星的大气高层存在云层，但这些云层的组成仍然未知。此前对于超级地球类系外行星的大气模型认为，在GJ 1214b这样温度高达450华氏度(约合232摄氏度)的系外行星环境下，其云层成分可能是氯化钾或硫化锌。克莱德伯格表示：“在这样的环境下，这里形成的云层的组成成分与地球上相比是非常不一样的。”

美国宇航局未来将发射下一代大型空间望远镜“詹姆斯・韦伯”(JWST)，这架望远镜将在未来数年内完成并发射。一旦发射升空，它将大大加强天文学家们在这方面的观测能力。克莱德伯格表示：“展望未来，詹姆斯・韦伯空间望远镜将是革命性的。其强大的观测能力将让我们窥视像GJ 1214b这类行星大气中的云层结构。更重要的是，它将让我们真正有能力对那些距离比较近的太阳系外类地行星开展观测。”

kindwater

美国有新研究指，科学家近年屡次发现的「超级地球」，拥有大量水的同时或亦有陆地，气候可能与地球相若，比人类原先想像中更适合孕育生命。

　　「超级地球」即质量比地球大至最高十倍的太阳系外行星。伊利诺伊州西北大学教授考恩指，据以往推断，超级地球有深海洋，整个表面被水覆盖。但其研究指，超级地球的水或大量存于地壳下的地幔中，很可能如地球般有浅海洋。据其研究模型，超级地球的水受板块移动影响，于海洋及地幔间循环不息，其比例则由与星球引力成正比的海床压力控制。超级地球体积愈大，其引力及海床压力亦愈高。

　　考恩表示，由于超级地球的海床压力极高，会把水推向地幔，故即使它们有比地球多八十倍的水，仍然会有不被水覆盖的陆地。气候亦或因而与地球相似。惟考恩承认，他们未能确认超级地球像地球般有板块移动，亦不知道其地幔是否存有大量水。