天文學家已經觀測木星幾個世紀了。但是，一項將木星視為系外行星進行研究的成果，可能有助於更可靠地解讀數百光年外恆星周圍天體的行星大氣層。該結果在很大程度上證實了關於木星的傳統觀點，但也揭示了一些令人驚訝的發現，包括之前在該行星上從未聽說過的冰晶雲。
現在已知圍繞我們太陽系之外的恆星執行的數百顆行星幾乎無法在望遠鏡中直接看到。然而，在少數情況下，天文學家能夠透過解讀星光在行星穿過其母星和地球之間時，如何穿過行星大氣層來了解它們的構成。
但是，低解析度和實驗噪聲意味著這些結果（通常僅對圍繞明亮恆星執行的大行星才有可能）常常存在爭議。“這些模型給了我們答案，但我們並不總是知道我們是否可以相信這些答案，”位於加利福尼亞州山景城附近的美國宇航局艾姆斯研究中心的天文學家泰勒·羅賓遜說。
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現在，位於特內里費島的加那利群島天體物理研究所的天體物理學家皮拉爾·蒙塔涅斯-羅德里格斯和她的同事們設計了一種將該想法應用於研究木星的方法。用於系外行星大氣層的技術並不能立即轉化為木星，因為它的軌道永遠不會使其位於地球和太陽之間。因此，研究小組並沒有直接觀察穿過木星大氣層的陽光，而是分析了當木星經過木星衛星蓋尼米德和太陽之間時，從木星衛星蓋尼米德反射回來的光——換句話說，當從蓋尼米德看到時，木星部分遮擋了太陽。
透過檢查穿過木星大氣層的光在不同波長下的吸收和發射情況（由位於智利帕拉納爾的歐洲南方天文臺的甚大望遠鏡和位於西班牙加那利群島拉帕爾馬天文臺的威廉·赫歇爾望遠鏡觀測到），研究小組構建了木星大氣層的化學成分圖。
光譜顯示，木星是一顆富含甲烷的行星，外層包裹著一層散射光線的雲層，使得更詳細的成分難以觀察。加那利群島天體物理研究所的同事、該論文的共同作者恩裡克·帕雷說，這兩項發現都與直接觀測結果一致。該論文於2月7日釋出在預印本伺服器arXiv上。
羅塞塔石碑
蒙塔涅斯-羅德里格斯說，將光的頻譜與天文學家已經瞭解的關於這顆氣態巨行星的資訊進行比較，為科學家提供了一塊“羅塞塔石碑”，用於翻譯關於遙遠外星世界的成果。
“這是一個極其聰明的想法，並且執行得非常出色，”馬薩諸塞州劍橋市麻省理工學院的天文學家薩拉·西格說。
他說，這些發現應該增強天文學家的信心，即迄今為止研究過的許多系外行星大氣層中發現的類似霧霾是真實的，而不是由於母星上的活動等混淆效應造成的。這些雲層經常會遮擋其他元素，而剖析木星上的結果可能有助於天文學家從現有的光譜中提取更多資訊，帕雷補充道。
這項研究中出現的一個令人驚訝的細節是，木星的高層大氣中包含一層冰晶。帕雷說，這一發現可能會引起爭議，因為已知該行星的水蒸氣含量非常少，但他認為彗星可能在行星曆史的某個時刻沉積了水。作者還在木星上發現了鈉的痕跡，他們也將其歸因於彗星碎片，或者可能是由於物質從另一顆衛星木衛一的大氣層流入該行星的結果。
西格指出，以這種方式觀察到的木星與直接觀測到的木星不同——例如，它的光譜沒有顯示其在反射光中可見的低層大氣中旋轉的氨氣雲——這並不是該方法的失敗。但它確實表明“每種技術都會告訴你不同的東西”，她說。
2009年，帕雷的研究小組使用類似的技術研究了地球在月偏食期間的情況，透過分析穿過地球大氣層並從月球反射回來的光。該小組計劃對太陽系中的其他行星也這樣做。
本文經授權轉載，最初於2015年2月13日首次發表。