天文學家有史以來第一次在太陽系以外的行星大氣層中發現了鐵和鈦。這顆系外行星名為 KELT-9b，是有史以來發現的最熱外星世界。這顆行星非常炎熱，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 是一顆像木星一樣的巨型氣體行星，木星是我們太陽系中最大的行星。但它更大——質量是木星的三倍，直徑是木星的兩倍——而且它極其靠近其炎熱的母星 KELT-9 執行。
“超熱木星”是熱木星系外行星的非官方術語，其溫度超過 3,100 華氏度（1,700 攝氏度）。瑞士伯爾尼大學的天體物理學家凱文·衡參與了這項研究，他告訴 Space.com，它們“非常熱，以至於它們有些像恆星，即使它們是行星”。KELT-9b 的溫度可高達 7,800 華氏度（4,300 攝氏度）。[相簿：最奇異的外星行星]
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這項破紀錄的高溫使天文學家能夠在 KELT-9b 的大氣層中探測到鐵和鈦。雖然研究人員長期以來一直懷疑這些元素存在於某些系外行星上——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它們，因為原子大多“被困在其他分子中”，衡說。然而，KELT-9b 非常熱，以至於雲不會在其大氣層中凝結，從而使鐵和其他金屬的單個原子能夠單獨飛行。
鈦以前曾在系外行星的大氣層中被發現過，但不是以原子形式。2017 年 9 月，天文學家使用哈勃太空望遠鏡宣佈，他們發現二氧化鈦（由一個鈦原子和兩個氧原子組成的分子）在名為開普勒-13A 的系外行星的大氣層中。
天文學家可以透過觀察來自太空物體的光譜來探測不同的元素。由於系外行星不發光，衡和他的研究團隊查看了在凌日期間收集的望遠鏡資料，當時從地球上看，系外行星直接從其恆星前方經過。
方便的是，在衡和他的合著者決定著手這項研究之前，資料已經存在。在他在日內瓦大學的同事使用光譜資料尋找 KELT-9b 大氣層中的氫之後，“他們實際上將資料儲存在抽屜裡，因為沒有理由搜尋鐵或鈦，”衡說。“然後，幾個月前，我們做了一項理論研究，預測鐵和鈦會存在，這促使了這次搜尋。”
研究人員使用來自西班牙拉帕爾馬島的伽利略國家望遠鏡的一年前的資料，開始在 4 小時凌日期間穿過 KELT-9b 大氣層的光譜中尋找金屬。該資料是使用稱為 HARPS 的光譜儀儀器收集的，即高精度徑向速度行星搜尋器。
“當您將光線分成光譜時，不同的原子或分子具有指紋，”衡說。“如果有足夠的解析度，有足夠好的資料，每個分子都有一個獨特的指紋。” 找到鐵和鈦的指紋——衡和他的團隊已經懷疑這些元素會存在於 KELT-9b 的大氣層中——將需要“高效能計算技術、光譜資料庫的仔細管理以及對細節的細緻關注”，衡在 Nature.com 上的部落格文章中寫道。
衡的團隊尋求了伯爾尼大學的天體物理學家西蒙·格里姆的幫助，“他（除其他外）是原子和分子不透明度計算方面的專家，”衡在部落格文章中寫道。“這些不透明度計算起來並非易事，因為需要評估數百萬到數十億條譜線的強度和形狀。”
先前研究 KELT-9b 大氣層中氫的研究能夠看到光譜中強烈的氫吸收線，而無需像衡和他的團隊那樣進行更復雜的互相關分析來尋找鐵和鈦。收集資料以尋找氫的天文學家“缺乏進行認真搜尋鐵等金屬的理論動機”，衡寫道。
另一項於 7 月 2 日發表在《自然天文學》雜誌上的研究表明，氫實際上正在從 KELT-9b 的大氣層中“沸騰”並被吸入行星的母星。“重金屬元素也可能正在逃逸，因為劇烈的氫逃逸可以將重元素‘拖’到非常高的 [大氣層中]，”馬克斯·普朗克天文研究所的天文學家、該研究的主要作者嚴飛在一封電子郵件中告訴 Space.com。
雖然 KELT-9b 大氣層中的鐵和鈦是一項重大發現，但衡告訴 Space.com，“這項技術本身也非常令人興奮”。“這項技術與我們將用於檢測生物學特徵或 生物特徵 的技術相同，”衡說。“在地球上，我們認為它是氧氣和一些其他晦澀的分子，但我們不知道一般的生物特徵是什麼。如果你知道它們是什麼……你可以使用完全相同的技術來檢測較冷、較小行星上的這些分子。”
天文學家不太可能在這顆地獄般的行星上找到任何生命跡象，但衡和他的團隊在 KELT-9b 的光譜中發現了一些其他有趣的元素。“我不想透露太多，但我們已經發現了其他金屬，”他說。“我們也在嘗試獲得 哈勃太空望遠鏡 的時間來尋找水。” 他的目標是最終擁有“行星的完整化學清單”，他說。哈勃還將能夠提供一些關於 KELT-9b 天氣的見解。“這顆行星上應該有猛烈的風暴，”他說。
該研究於今天（8 月 15 日）發表在 《自然》雜誌上。
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