哈伯望遠鏡觀測系外行星 WASP-39b大氣

[peter]

哈伯望遠鏡觀測系外行星  WASP-39b大氣

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http://www.cnbeta.com/articles/457427.htm

这10颗系外类木行星颜色各异，但其的特性均类似木星，表面非常炽热且为气态，体积较岩质的行星大得多。研究对10颗系外类木行星 做了深入地观察，对系外行星的大气研究提供了相当有价值的参考，研究结果已发表于最近的《自然》期刊上。

据研究论文主要作者之一英国埃克塞特大学（University of Exeter）的David Sing称，
哈勃太空望远镜和斯皮策太空望远镜在过去均被用于帮助对10颗炽热的气态系外行星的研究。这是历史上对此类系外类木行星进行的最大规模研究，

每颗行星有不同的大小，温度以及特性。“我真的非常兴奋终于能够同时‘看’到如此规模如此广度的此类行星研究，
同时这也是我们第一次能够以如此大规模的光谱范围覆盖研究，我们有能力迅速将一颗星球的特性与另一颗星球进行对比”

“我们发现这些行星大气比我们设想的更丰富多样。”

研究涉及的十颗系外类木行星艺术渲染图：

左上至右下分别是WASP-12b, WASP-6b, WASP-31b, WASP-39b, HD 189733b, HAT-P-12b, WASP-17b, WASP-19b, HAT-P-1b和HD 209458b



研究论文共同作者之一，美国宇航局哥达德太空飞行中心的学者Hannah Wakeford表示，我们当然无法看到像渲染图中那些行星本身的诸多细节。不过科学家借助了望远镜强大的功能，通过捕捉恒星经过每颗系外行星大气层的时候留下的“独有痕迹”，对行星本身的特性进行研究。在过去，天文学家非常难以观察类木行星天体的特性，通过这项研究天文学家在未来将会对此类行星进行非常深入的研究和观察。尤其在2018年哈勃望远镜的继任者“詹姆斯·韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope，缩写JWST）”投入运作后，对此类天体的观察将变得更为详细深入。

[peter]

 解開系外行星大氣中缺失水分子之謎
http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c2&idx=1441

英國艾希特大學（University of Exeter）天文學家David Sing等人，利用哈伯太空望遠鏡（Hubble Space Telescope）
和史匹哲太空望遠鏡（Spitzer Space Telescope）研究炙熱的木星級系外行星的大氣層，這是同類研究中迄今數量最多、
最詳盡者，結果發現了為何有些系外行星大氣中的水含量比預期還要少之謎的答案。

　　到目前為止，天文學家已經發現並確認了將近2000顆系外行星，另外還有約4000等待確認中。有些系外行星是所謂的「熱木星（hot upiter）」，
即質量為木星等級以上，且因非常靠近其母恆星而使表面極熱、公轉速度極快的系外行星。但也正因這些熱木星太靠近母恆星之故，
易被恆星的明亮光輝掩蔽，難以單獨對這些系外行星進行研究。為此，哈伯過去只在有限波段範圍內探測過少數幾顆熱木星；
而這僅有的僅篇研究卻發現有幾顆系外行星大氣中的水含量比預期中的還要少，天文學家對此現象一直不解。

　　Sing等人利用哈伯和史匹哲，以不同波段探索並比較10顆熱木星的質量、大小、溫度和大氣的光譜特徵等，
其中只有3顆的大氣曾被仔細研究過。這是迄今數量最多的系外行星大氣光譜星表，
也是天文學家第一次把數量這麼多的系外行星們放在一起進行多項特徵的比較研究。結果Sing等人系外行星大氣的差異度比原本預期的還要大。

　　這10顆行星如右上圖中所列，圖中大小為按照實際比例繪製。10顆中最小的HAT-P-12b，其直徑大約與木星差不多；
最大的WASP-17b則約為2倍木星直徑。圖片除了HD 189733b已確知是顆藍色行星之外，其餘行星的顏色與雲系樣貌是根據理論模擬資料推測的結果。
而10顆中大氣溫度最高的是WASP-12b，其溫度高到可以讓背對恆星的夜晚面也發出光輝；同樣的效應也可在WASP-19b和WASP-17b上看到。
這10顆中有數顆行星具有很強的瑞利散射（Rayleigh scattering）效應，這種效應會讓行星如同地球一樣，面對恆星的白晝天空呈現藍色調，或在日落時看到偏紅的太陽。另外，可見到WASP-6b、HD 189733b、HAT-P-12b和HD 209458b等行星邊緣呈現藍色色調。

　　所有他們研究的系外行星，其公轉軌道大小都在地球軌道以內。從地球上觀察，當系外行星行經母恆星前方時，部分星光是穿越行星外層大氣後才抵達地球，因此留有行星大氣的獨特印記，可從中瞭解行星大氣所含有的元素和分子，其中也包含水分子，此外也可以藉此分辨其大氣中是否有雲朵，藉此尋找含水量比預期少的這個問題的解決之道。

　　Sing等人經由電腦模擬，結果呈現：完全無雲（cloud-free）的系外行星有很強的水分子訊號，
那些熱木星的大氣中有微弱水分子訊號者則含有雲和霾，而這兩者以前都被天文學家認為是不含有水分子的。

至此，謎題解開！不是沒有水，或是水含量比預期低，而是水被藏起來了，沒探測到罷了。

所以理論學家們不用擔心得重新思考系外行星形成的理論模型了。

　　系外行星大氣的研究目前還在起步階段，已觀測過的目標數量實在不多。這些天文學家們希望未來接替哈伯的下一代韋伯太空望遠鏡
（James Webb Space Telescope）升空之後，能在紅外波段解讀更多系外行星和它們大氣層的奧秘

[peter]

https://www.sciencedaily.com/releases/2018/03/180301144131.htm
WASP-39b組成跟太陽系氣體行星不一樣



A team of British and American astronomers used data from several telescopes on the ground and in space -- among them the NASA/ESA Hubble Space Telescope -- to study the atmosphere of the hot, bloated, Saturn-mass exoplanet WASP-39b, about 700 light-years from Earth. The analysis of the spectrum showed a large amount of water in the exoplanet's atmosphere -- three times more than in Saturn's atmosphere.
Credit: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI)

WASP-39b正在繞著類似太陽的恆星運行，距離地球約700光年。該系外行星被歸類為“熱土星”，它反映了它的質量與我們自己的太陽系中土星行星的質量相似，
 並與其母星接近。這項研究發現，這兩顆行星儘管質量相似，但在很多方面卻有很大的不同。 WASP-39b不僅具有環系統，而且具有蓬鬆的氣氛，不含高空雲層。這個特點使哈勃能夠深入其中。

通過解剖星球大氣層中的星光過濾 ，團隊發現了大氣水汽的明顯證據。
 事實上，WASP-39b的水量是土星的三倍。雖然研究人員曾預測他們會看到水蒸氣，但他們對他們發現的數量感到驚訝。
這種驚喜與水豐度相結合可以推斷大氣中存在大量較重的元素。這反過來表明這個星球被大量積聚在其大氣中的冰冷物質轟炸。這種轟炸只有在WASP-39b距離主星遠遠比現在更遠的地方才有可能實現。
WASP-39b很可能經歷了一次有趣的向內遷移，在整個行星系統中進行了一次史詩般的旅程。 “外行星向我們表明，行星的形成比我們想像的更複雜，更混亂，而且太棒了！”Wakeford補充道。
英國埃克塞特大學的合作者David Sing表示：“WASP-39b顯示系外行星充滿了驚喜，並且與我們的太陽系相比，其組成可能非常不同。”

https://gigazine.net/news/20180302-wasp-39b-atmosphere-large-amount-water/
地球から700光年離れた惑星の大気中に大量の水が存在していることが

[peter]

https://www.cnbeta.com/articles/science/703355.htm
在大约700光年之外的一颗炎热系外行星大气中，发现了水的“指纹”。实际上，这颗被称为WASP-39b的行星水量很多，是土星水量的3倍。据NASA官网1日报道，虽然这颗系外行星质量与土星相当，但在许多其他方面有很大不同。比如，它白天温度为776.6摄氏度，夜间也几乎同样热，因此被科研人员亲切地称为“热土星”。研究人员表示，太阳系没有这样的行星，但这个发现可以提供对系外行星的新见解。它如此独特，让天文学家了解到来自其他世界的复杂性，而最新观测结果初步证实了这种复杂特征。天文学家详细分析了这颗“热土星”的大气。他们用新技术捕获了最完整的大气谱，通过将行星大气中的星光过滤解析为不同色彩，团队发现了明确的水汽证据。尽管研究人员预测他们会看到水，但对其水量仍然感到惊讶。因为它的水比我们著名的土星邻居多得多，所以它的形成方式必然不同——这颗行星实际上远离恒星，在那里，它被大量冰块物质袭击。
巴尔的摩太空望远镜科学研究所首席研究员汉娜·维克福德和团队分析了“热土星”的大气成分。她说：“系外行星的形成比我们想象的更复杂，这太棒了！”未来，詹姆斯·韦伯太空望远镜将获得更加完整的系外行星谱，还能提供其大气中碳的信息，借此，科学家可以了解其在哪里形成以及如何形成。

[peter]

http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c2&idx=1810

英國艾希特大學（University of Exeter）暨太空望遠鏡科學研究所（Space Telescope Science Institute，STScI）Hannah Wakeford等人利用哈伯太空望遠鏡（Hubble Space Telescope，HST）觀測熾熱的系外行星WASP-39b，再結合過去史匹哲太空望遠鏡（Spitzer Space Telescope）、歐南天文台（ESO）超大望遠鏡（Very Large Telescope） 和舊有的哈伯觀測等的其他資料進行分析研究，獲得迄今最詳盡的系外行星大氣光譜資料。由WASP-39b的大氣組成，這些天文學家認為：系外行星的形成過程可能與我們太陽系裡的氣體巨行星們大相徑庭。

　　WASP-39b的母恆星WASP-39位在室女座方向，是顆類太陽恆星，光譜型G8，質量約為太陽的0.93倍，直徑約為太陽的0.895倍，表面溫度約5400K，比太陽的5780K稍低一些，距離約700光年。

　　WASP-39b被歸類為所謂的「熱土星（Hot-Saturn）」，和以前常提到的「熱木星（Hot-Jupiter）」類似，離母恆星非常近，致使行星表面被加熱到熾熱程度的系外行星，唯一的差別就是其質量比木星還小一些，與土星近似，故稱為「熱土星」。WASP-39b本身發現於2011年，質量約為0.28倍木星質量，直徑約為木星的1.27倍，距離其母恆星僅0.0486AU，比水星到太陽的0.3AU還近許多，繞其母恆星公轉一週只需4.1天左右。有趣的是，WASP-39b被它的母星潮汐鎖定，始終一同一面面對其母恆星，這麼近的距離，使其面對母星的白晝一側的表面溫度高達攝氏750度，而因其大氣中強勁的疾風將熱傳遞到背對母星的夜晚側，使其夜半球幾乎與晝半球一樣熱。然而，儘管質量相近，WASP-39b和土星卻有許多性質迥異，例如：WASP-39b沒有光環，且大氣蓬鬆，高空中也沒有雲層籠罩；這些性質都讓哈伯能窺見較深處的大氣狀況。

　　在過濾去除掉母恆星的星光影響後，這些天文學家找到WASP-39b大氣中有水汽的明顯證據。事實上，WASP-39b的水汽含量是土星的3倍之多。雖然Wakeford等人本來就曾預期會在這顆系外行星大氣中發現水汽的存在，但是卻不曾想到水汽含量會這麼豐富。而由此，又可推論WASP-39b大氣中的重元素含量也會非常豐富。這或許是因為這顆行星曾遭受大量冰質天體撞擊的結果；但是，這類撞擊事件只可能發生在WASP-39b位在離母恆星比較遠處的時候。換言之，WASP-39b的形成地是在遠離其母恆星之處，而後才慢慢遷移到現在這般靠近母恆星的地方。Wakeford等人估計：WASP-39b的遷徙過程是個大工程，它的原誕生地和母恆星的距離，大約是現今距離的8倍遠。

　　天文學家們一般認為可以從研究太陽系以外其他行星系統所獲得的反餽，來瞭解我們自己太陽系的形成過程，甚至是人類的起源。然而從WASP-39b和其他眾多系外行星的研究中，天文學家瞭解系外行星系統的性質差異比原本認為的還要複雜許多。不同的行星系統，都能提供天文學家行星不同的行星形成與演化的概念。系外行星系統的研究，愈來愈有趣了呢！