天文学家首次发现太阳系外行星的磁场特征

磁场能够最好地解释观察到的带电碳粒子的扩展区域。这些粒子围绕着该行星并以长长的尾巴从它身上流走。磁场在保护行星大气层方面起着至关重要的作用，因此，探测系外行星磁场的能力是朝着更好地了解这些外星世界可能的样子迈出的重要一步。

该小组利用哈勃观测到了系外行星HAT-P-11b，这是一颗离地球123光年、如海王星大小的一颗行星，它在所谓的“过境”中六次直接穿过其主星的表面。观测是在紫外光谱中进行的，这正好超出了人眼所能看到的范围。

哈勃检测到碳离子--跟磁场相互作用的带电粒子--在所谓的磁层中围绕着该行星。磁层是天体周围的一个区域，它是由天体跟宿主恒星发出的太阳风相互作用形成的。

亚利桑那大学月球和行星实验室的兼职研究教授、该论文的共同作者之一Gilda Ballester表示：“这是第一次在我们太阳系以外的行星上直接检测到系外行星的磁场特征。像地球这样的行星上的强磁场可以保护其大气层和表面免受构成太阳风的高能粒子的直接轰击。这些过程严重影响了像地球这样的行星上的生命进化，因为磁场可以保护生物体免受这些高能粒子的影响。”

HAT-P-11b磁层的发现是朝着改善对系外行星的可居住性的理解迈出的重要一步。研究人员表示，并非我们太阳系中的所有行星和卫星都有自己的磁场，而且磁场和行星的可居住性之间的联系仍需要更多的研究。

Ballester称：“HAT-P-11 b已被证明是一个非常令人兴奋的目标，因为哈勃的紫外线过境观测发现了一个磁层，它被看作是围绕行星的一个扩展的离子成分和逃逸离子的长尾巴。”另外，他还补充称，这种通用方法可用于检测各种系外行星上的磁层并评估它们在潜在可居住性中的作用。

Ballester是观察HAT-P-11b的哈勃太空望远镜项目之一的主要调查员，他为选择这一特定目标进行紫外线研究做出了贡献。一个关键的发现是观察到碳离子不仅存在于该行星周围的区域，而且还延伸出一条长长的尾巴，其以平均每小时10万英里的速度从该行星流走。这条尾巴伸入太空至少有一个天文单位（地球和太阳之间的距离）。

由研究论文第一作者、巴黎天体物理研究所的Lotfi Ben-Jaffel领导的研究小组随后使用三维计算机模拟技术模拟了该行星的最上层大气区域和磁场与进入的太阳风之间的相互作用。

Ballester解释称：“就像地球的磁场及其附近的空间环境与撞击的太阳风相互作用一样--太阳风由带电粒子组成，速度约为90万英里/小时，HAT-P-11b的磁场及其附近的空间环境与来自其宿主星的太阳风之间也有相互作用，而且这些作用非常复杂。”

地球和HAT-P-11b的磁层中的物理学原理是相同的，不过这颗系外行星离它的恒星非常近--仅仅是地球到太阳距离的1/20--这导致它的上层大气变暖并基本上处于“沸腾”状态且一直延伸到太空，这使其形成了磁尾现象。

此外，研究人员还发现，HAT-P-11b的大气层的金属性--一个天体中比氢和氦更重的化学元素的数量--低于预期。在我们的太阳系中，海王星和天王星这两颗冰冷的气体行星富含金属但磁场较弱，而木星和土星这两颗更大的气体行星则具有较低的金属性和强大的磁场。研究人员们指出，HAT-P-11b的低大气金属性挑战了目前的系外行星形成模型。

“尽管HAT-P-11b的质量只有木星的8%，但我们认为这颗系外行星更像一颗小木星而不是海王星。我们在HAT-P-11b上看到的大气成分表明，需要做进一步的工作来完善目前关于某些系外行星如何普遍形成的理论，”Ballester说道。