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一顆長期研究的行星圍繞一顆距離地球150光年的恆星執行,現在歸功於從地球研究太陽系外行星的新方法,這顆行星獲得了新的審視。
這顆行星的名字平淡無奇,叫做HD 209458 b,在1999年成為首個被發現的世界,當時它從其宿主恆星前方經過,這一事件被稱為凌星,透過恆星的輕微變暗揭示了這顆幸運地排列的行星的存在。即使天文學家無法直接看到凌星行星——它的存在是透過宿主恆星的視亮度的變化推斷出來的,並由其他效應證實——他們也可以跟蹤穿過物體軌道的星光光譜,以隔離來自行星的貢獻。
自HD 209458 b被發現以來的10多年裡,研究人員已經在其大氣層中識別出幾種分子,包括水蒸氣、甲烷和二氧化碳。現在,一項發表在6月24日自然雜誌上的研究,基於對行星高層大氣中一氧化碳的高解析度測量,正在對這顆行星進行新的觀察,揭示風以每小時數千公里的速度撕裂大氣層。(大眾科學是自然出版集團的一部分。)
當氣態巨行星HD 209458 b從其宿主恆星(稱為HD 209458)前方經過時,這顆行星會遮擋住一小部分恆星的光線,而更小的一部分光線會照亮行星的大氣層。該研究的作者使用了位於智利的甚大望遠鏡(VLT)上的高解析度攝譜儀,透過一氧化碳分子對星光的特徵吸收來識別大氣中一氧化碳的光譜特徵。
藉助VLT攝譜儀的解析度,研究人員甚至能夠探測到一氧化碳訊號的多普勒頻移,因為這顆行星在其凌星過程中,在退回到其宿主恆星後面之前,它會稍微靠近地球。多普勒頻移使該團隊能夠估計這顆行星的軌道速度為每秒140公里——獨立驗證了透過其他方式獲得的類似資料。結合對母恆星響應其伴行星的引力拖曳的軌道運動的測量,研究人員還能夠根據牛頓萬有引力定律推匯出行星和恆星的質量估計。他們發現,HD 209458 b的質量是木星的64%,而恆星HD 209458的質量與太陽幾乎相同;這兩個數字與先前存在的估計非常吻合。
萊頓大學的天文學家、主要研究作者伊格納斯·斯內倫說,自1995年發現第一顆繞類日恆星執行的行星以來,天文學家一直在尋求這種精細的光譜。(那顆行星,飛馬座51 b,不凌星;它的存在是透過引力效應推斷出來的。)斯內倫說,他的團隊研究的不同之處在於VLT攝譜儀卓越的解析度,該攝譜儀於2006年投入使用。
除了獨立地確認HD 209458系統的引數外,光譜還讓人對這顆巨行星大氣層的動力學有了誘人的瞭解。隨著這顆行星沿著其軌道路徑穩步前進,一氧化碳似乎也在移動。“我們看到了HD 209458 b速度的明顯變化,”斯內倫說。“還有一個偏移——凌星期間的氣體似乎正在向我們移動。”
一氧化碳的流速似乎為每秒兩公里,或大約每小時7000公里,這是由行星半球之間的溫度差異驅動的。“在大氣層的非常高處,有一種超級風從向陽面吹向背陽面,”斯內倫說。HD 209458 b的兩側很可能具有非常不同的溫度,因為這顆行星由於其靠近宿主恆星——大約是地球和太陽之間距離的二十分之一——而經歷了強烈的輻射,並且因為這顆行星似乎被潮汐鎖定,始終將同一半球暴露在其恆星之下。(潮汐鎖定是確保從地球上只能看到月球一面的相同機制。)
美國宇航局噴氣推進實驗室位於加利福尼亞州帕薩迪納的天文學家馬克·斯溫說,理論模型預測了HD 209458 b上存在這種量級的風,但對這種大氣活動的觀測性一瞥仍然令人興奮。“初步探測到這種緯向風非常特別,”他說,並補充說,還需要做更多的工作來提高這一發現的信噪比水平。