天文學家首次透過分析系外行星的大氣層過濾光線的方式，成功探測到了它的自轉。這項技術還可以為行星形成提供線索。荷蘭萊頓大學的伊格納斯·斯內倫和他的同事在《自然》雜誌上報告說，一顆繞著恆星β繪架座執行的氣態行星在其赤道的自轉速度為每秒25公里，比太陽系中任何行星都快，大約是地球的50倍。這顆名為β繪架座b的行星上的一天只有八個多小時，儘管它的直徑是地球的16倍以上，質量是地球的3000多倍。
系外行星通常會被其母星的光芒所掩蓋，只能間接發現，但β繪架座b是最早透過直接成像發現的行星之一。這是因為這顆質量巨大的行星，年齡約為2000萬年，相對年輕且仍然溫暖，因此它在紅外波長處發出強烈的輻射。此外，該恆星系統距離地球只有大約20秒差距（65光年）——恆星β繪架座是南部天空中繪架座的一部分，肉眼可見——並且這顆行星的軌道離恆星很遠，大約是木星與太陽距離的兩倍。
這些特性，以及恆星和行星的成分，使得斯內倫的團隊能夠利用位於智利北部阿塔卡瑪沙漠的甚大望遠鏡來聚焦於來自β繪架座b的紅外光。“很高興看到對系外行星特性的另一種洞察，”多倫多大學的天文學家泰恩·柯里說。
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研究人員透過測量其大氣層中的一氧化碳如何過濾紅外光來計算行星的自轉速度。
在任何給定時間，行星的一半都在朝著地球的觀測者旋轉，因此對於行星的那部分光線，光譜會向藍色（較短）波長移動；與此同時，另一半則遠離觀測者旋轉，並將其光線的光譜移向紅色（較長）波長。沒有望遠鏡有足夠的解析度來區分行星的兩側，並且來自兩側的光線基本上組合成一個畫素。但是，藍移和紅移共同加寬了其光譜中的一氧化碳吸收線。從加寬的程度來看，該團隊確定，β繪架座b在其赤道的自轉速度大約是木星的兩倍。
隨著行星繼續冷卻和收縮，它的自轉預計會加速，就像一個旋轉的溜冰運動員當她將手臂拉近時會加速一樣。斯內倫的團隊估計，經過數億年，行星的自轉速度將提高到每秒40公里，每三個小時就會出現一次日落。
對行星自轉的測量與太陽系中看到的趨勢一致：除了水星和金星外，質量更大的行星往往旋轉得更快。這可能是因為行星的質量越大，它在形成最後階段吸積的物質就越多，這會產生額外的自轉。但是，像地球這樣的岩石行星與像β繪架座b和木星這樣的氣態巨行星在質量和自轉之間存在相同的關係，這令人費解，斯內倫說，因為這兩種型別的行星以不同的方式堆積物質。
德國海德堡馬克斯·普朗克天文研究所的伊恩·克羅斯菲爾德表示，確定自轉是構建年輕的木星大小的系外行星大氣層天氣圖的必要第一步。他解釋說，行星在自轉時吸收光譜的變化可能表明其大氣中存在雲層。今年早些時候，他和他的同事使用這種方法制作了第一張旋轉棕矮星的天氣圖。他即將發表在《天文學與天體物理學》上的論文評估了為木星大小的行星製作類似地圖的能力，這將需要下一代巨型地面望遠鏡。
本文經《自然》雜誌許可轉載Nature。這篇文章最初發表於first published2014年4月30日。