天文學家首次窺探超級地球的大氣層


刻卜勒(Kepler)太空望遠鏡發現了數以千計的系外行星。隨著這些發現,天文學家們意識到一個奇特的現象:銀河系中最常見的行星類型是太陽系所沒有的,它是一種大小介於地球和海王星之間的行星,被稱為超級地球或次海王星。

現在,天文學家們第一次使用哈勃和史匹哲(Spitzer)太空望遠鏡觀測到這些神秘行星的大氣層,他們觀察了一顆名為GJ 3470b的行星大氣層。他們發現這顆行星的大氣成份,幾乎完全由氫和氦構成,與恆星非常相似。

GJ 3470b不同於我們太陽系中的任何行星,它的質量是地球的12.6倍,仍然低於海王星,它的主恆星是一顆暗淡的紅矮星,比我們的太陽冷得多。超級地球涵蓋了各種各樣的行星類型,從幾倍於地球大小的巨大岩石世界到相對較小的氣體行星,中間有空間可以容納由冰或水組成的行星,它們中的許多都有由氫和氦組成的深大氣層,更像是我們太陽系中的類木行星;相較之下,地球的大氣層厚度顯得很薄,而且成份也完全不一樣。對於大部分的超級地球來說,體積主要來自於它們的大氣層,而岩石成分可能只比地球稍微大一些而已。

一般而言,當天文學家看到一顆行星繞著離它的恆星如此之近的軌道運行時,他們會假設它實際上是在更遙遠的安靜區域形成的。遠離恆星的熱力和恆星風(恆星風能夠將氫和氦這些輕元素在重力作用形成行星之前將它們吹走),在行星形成後,重力作用或氣體粒子的拖拽可能使它向內運動至內層軌道後,由天文學家發現。

然而,在這種情況下,簡單的大氣層讓天文學家認為GJ 3470b可能是在離它的母恆星較近的地方形成的,在一個叫做雪線(frost line)的邊界內,那裡有較重的物質,例如氧和碳,相當於太陽系的小行星帶。在那裡,這顆行星就有可能形成它堅固的岩石內核,接著它的大氣層吸收了少量的氣體,形成行星,再受到重力的影響從而往內層軌道移動。

史匹哲太空望遠鏡即將退役,但美國太空總署即將推出的詹姆斯·韋伯(James Webb)太空望遠鏡將能看到更多細節。GJ3470b距離我們只有一百光年,應該會是詹姆斯·韋伯太空望遠鏡跟進工作的候選對象。

【圖:美國太空總署;文:節錄自台北天文館之網路天文館網頁;新聞訊息由林景明提供】

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