新发现为研究人员带来了全新的热木星“实地指南”

热木星--以极其紧密的轨道围绕其宿主恒星运行的巨型气体行星--由于一项结合了理论模型和哈勃太空望远镜观测的新研究而变得不再那么神秘。

以往的研究主要集中在被归类为“热木星”的个别世界上，因为它们跟我们太阳系中的气体巨头表面上非常相似，而这项新研究则是第一个研究更广泛的奇怪世界的群体的研究。

这项研究发表在《Nature Astronomy》上，这为天文学家提供了一份前所未有的关于热木星的 “实地指南”并提供了关于一般行星形成的洞察力。该研究由亚利桑那大学Steward天文台的Megan Mansfield领导，参与还包括来自亚利桑那大学地球和空间探索学院的论文共同作者和助理教授Michael Line、及博士生Lindsey Wiser和前博士生Ehsan Gharib-Nezhad。

尽管天文学家认为每10颗恒星中只有1颗存在热木星类的系外行星，但这些奇特的行星在迄今发现的系外行星中占了相当大的比例，因为它们比其他类型的系外行星如岩石的、更像地球的行星或更小、更冷的气体行星更大更亮。所有热木星的大小从木星的1/3到10个木星质量不等，它们都以极近的距离围绕其主星运行，通常比我们太阳系中最内侧的行星水星离太阳还要近。在典型的热木星上，一个“年”持续几个小时或最多几天。作为比较，水星需要差不多三个月的时间来完成绕太阳的旅行。

由于它们的轨道非常近，大多数（如果不是全部的话）热木星被认为是跟它们的宿主恒星高速拥抱在一起，它们一边永远暴露在恒星的辐射之下另一边则被笼罩在永久的黑暗中。一个典型的热木星的表面可以热到近5000华氏度，而“较冷”的标本则达到1400度--热到足以熔化铝。

据悉，这项研究使用了哈勃太空望远镜进行的观测，尽管哈勃不能直接对这些行星进行成像但该团队还是能直接测量热木星的发射光谱。

Mansfield说道：“这些系统、这些恒星和它们的热木星距离太远，无法解决单个恒星和它的行星。我们所能看到的只是一个点--两者的组合光源。”

Mansfield和她的团队使用了一种被称为二次日蚀的方法，以从观测中提取信息进而使他们能深入窥视行星的大气层并深入了解它们的结构和化学构成。这项技术涉及到对同一系统的重复观测、在其轨道的不同地方捕捉行星。

“我们基本上测量了来自恒星和它的行星的综合光线，并将该测量值跟我们在行星隐藏在其恒星后面时看到的情况进行比较。这使得我们能够减去恒星的贡献并分离出行星发出的光，尽管我们不能直接看到它，”Mansfield说道。

日食数据为研究人员提供了对热木星大气层热结构的洞察力并使他们能为每个热木星构建单独的温度和压力曲线。然后，研究小组分析了来自每个热木星系统的近红外光--这是一个刚好超出人类可以看到的范围的波长带--以寻找吸收特征。由于每个分子或原子都有自己特定的吸收特征，就像指纹一样，所以通过观察不同的波长，研究人员可以获得有关热木星化学构成的信息。如如果行星的大气层中存在水，那么它将能吸收1.4微米的光，这属于哈勃能很好看到的波长范围。

Mansfield说道：“在某种程度上，我们利用分子来扫描这些热木星上的大气层。我们可以利用我们观察到的光谱来获得关于大气层是由什么组成的信息，我们还可以获得关于大气层结构的信息。”

此外，研究小组还展开了更进一步的工作。他们对观测数据进行了量化并将其跟Line开发的模型进行了比较，据悉，这些模型被认为是在热木星的大气中发挥作用的物理过程。Mansfield表示，这两组数据非常吻合，证实了基于理论工作的关于行星性质的许多预测似乎是正确的，他称这些发现令人激动，因为它们是任何东西都不能保证的。

而这些结果表明，所有的热木星--不仅仅是研究中包括的19颗--都可能包含类似的分子，如水和一氧化碳以及少量的其他分子。各个行星之间的差异应该主要是这些分子的相对数量不同。研究结果还显示，观察到的水吸收特征在每颗热木星之间略有不同。

Mansfield称：“综合来看，我们的结果告诉我们，我们很有可能已经弄清楚了这些行星的化学中所发生的大问题。同时，每颗行星都有自己的化学构成，这也影响了我们在观测中看到的东西。”

论文共同作者Line则称：“在过去十年时间中，在热木星大气方面有很多令人兴奋和意想不到的发现。这项调查的好处是，也许这些世界并不像我们最初预期的那样奇特；它们看起来与我们的模型预测很一致。”

根据研究人员们的说法，这些结果可以用来指导天文学家在观察以前没有研究过的热木星时可能看到的预期。