天文学家在系外行星的大气层中发现已知最重元素

天文学家在系外行星的大气层中发现已知最重元素天文学家发现了迄今为止在系外行星大气中发现的已知最重元素--钡。他们惊讶地发现，在超热气态巨行星WASP-76b和WASP-121b--两颗系外行星--的大气层中高空发现了钡。据悉，这两颗行星是围绕太阳系外恒星运行的行星。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1329447.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1329447.htm

系外行星大气首现稀有元素铽

系外行星大气首现稀有元素铽KELT-9b是银河系内最热的系外行星，围绕一颗遥远的恒星运行，距离地球约670光年。该天体的平均温度高达惊人的4000℃，自2016年被发现以来，一直令全球天文学家深深着迷。最新研究负责人、隆德大学天体物理学博士生尼古拉斯·博尔萨托表示，他们开发出了一种新方法，可获得有关行星更详细的信息。利用这种方法，他们发现了7种元素，包括稀有元素铽，科学家们此前从未在任何系外行星的大气层中发现过这种元素。博尔萨托说，在系外行星的大气层中发现铽令人惊讶，对这些行星了解越多，未来找到“地球2.0”的机会就越大。系外行星是指位于太阳系外的其他恒星系中的行星。1995年，科学家探测到第一颗围绕类日恒星的系外行星，迄今已经记录了5000多颗系外行星，他们希望能从这些行星中探测到生命的存在。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357273.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357273.htm

研究：距离65光年的超热“超级地球”系外行星可能没有大气层

研究：距离65光年的超热“超级地球”系外行星可能没有大气层GJ1252b是一颗在2020年被发现的“超级地球”。天文学家对这颗系外行星进行了仔细观察，发现它可能有一个非常稀薄的大气层，或者可能根本就没有大气层。这颗围绕一颗M型恒星运行的行星是“迄今为止我们对其大气层有如此严格限制的最小的系外行星”，主要作者IanCrossfield说。他是一名天文学家和堪萨斯大学的助理教授。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1328605.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1328605.htm

石英雨：硅雪包裹着热木星系外行星的炽热大气层

石英雨：硅雪包裹着热木星系外行星的炽热大气层这幅艺术家的概念图展示了系外行星WASP-17b的模样。WASP-17b，又称Ditsö̀，是一颗炙热的气体巨行星，它绕恒星运行的距离仅为0.051AU（约475万英里，相当于水星与太阳之间距离的八分之一），大约在3.7个地球日内完成一个完整的环绕。该系统位于银河系内距离地球约1300光年的天蝎座。WASP-17b的体积是木星的七倍多，质量却不到木星的二分之一，是一颗非常膨大的行星。它的轨道周期短、体积大、大气层厚且延展，非常适合使用透射光谱法进行观测，即测量行星大气层对透过它的星光的影响。资料来源：NASA、ESA、CSA、拉尔夫-克劳福德（STScI）英国布里斯托尔大学研究员、今天（10月16日）发表在《天体物理学期刊通讯》上的论文的第一作者大卫-格兰特（DavidGrant）说："我们非常激动！我们从哈勃观测中知道，WASP-17b的大气层中一定存在气溶胶--构成云层或雾霾的微小颗粒，但我们没想到它们是由石英构成的。"2023年3月12-13日，MIRI（韦伯中红外仪器）拍摄到的系外行星WASP-17b的透射光谱首次揭示了系外行星云层中存在石英（结晶二氧化硅，SiO2）的证据。该光谱是通过测量该行星穿越其恒星时28个波段的中红外光的亮度变化而得到的。韦伯使用MIRI的低分辨率光谱仪对WASP-17系统进行了近10个小时的观测，在凌日之前、期间和之后收集了超过1275次测量数据。对于每个波长，通过从恒星最初发出的光量中减去穿过大气层的光量，计算出被行星大气层阻挡的光量（白色圆圈）。紫色实线是韦伯（MIRI）、哈勃和斯皮策数据的最佳拟合模型。(哈勃和斯皮策的数据涵盖了0.34到4.5微米的波长，没有在图中显示）。光谱显示在8.6微米附近有一个明显的特征，天文学家认为这是二氧化硅颗粒吸收了部分穿过大气层的星光造成的。黄色虚线显示的是如果WASP-17b大气层中的云层不含有二氧化硅，透射光谱的这一部分会是什么样子。这是首次在系外行星中发现二氧化硅，也是首次在凌日系外行星中发现任何特定的云层种类。资料来源：NASA、ESA、CSA、RalfCrawford（STScI）、DavidGrant（布里斯托尔大学）、HannahR.Wakeford（布里斯托尔大学）、NikoleLewis（康奈尔大学）硅酸盐（富含硅和氧的矿物）是地球和月球以及太阳系中其他岩石天体的主要成分，在整个银河系中也极为常见。但之前在系外行星和褐矮星大气中探测到的硅酸盐颗粒似乎是由橄榄石和辉石等富含镁的硅酸盐组成的，而不仅仅是石英--纯粹的二氧化硅。该研究小组的成员还包括来自美国宇航局艾姆斯研究中心和美国宇航局戈达德太空飞行中心的研究人员，他们的研究成果为我们了解系外行星云的形成和演化过程提供了新的思路。同样来自布里斯托尔大学的合著者汉娜-韦克福德（HannahWakeford）说："我们完全有望看到硅酸镁。但我们看到的很可能是这些物质的组成部分，是形成我们在较冷系外行星和褐矮星中探测到的较大硅酸盐颗粒所需的微小'种子'颗粒。"探测微妙变化WASP-17b的体积是木星的七倍多，质量不到木星的二分之一，是目前已知的最大、最膨松的系外行星之一。这一点再加上它只有3.7个地球日的短轨道周期，使这颗行星成为透射光谱学的理想选择：透射光谱学是一种测量行星大气层对星光的过滤和散射效应的技术。韦伯对WASP-17系统进行了近10个小时的观测，在这颗行星划过恒星时收集了超过1275次5至12微米中红外光的亮度测量数据。通过将行星在恒星前方时到达望远镜的各个波长的光亮度与恒星本身的光亮度相减，研究小组能够计算出每个波长被行星大气层阻挡的光量，结果发现在8.6微米处出现了一个意想不到的"凸起"，如果云层是由硅酸镁或其他可能的高温气溶胶（如氧化铝）构成的，那么这一特征是意想不到的，但如果云层是由石英构成的，那么这一特征就完全合理了。晶体、云和风虽然这些晶体在形状上可能与地球上的晶洞和宝石商店中发现的尖尖的六角棱柱相似，但每个晶体的直径只有大约10纳米，也就是一厘米的百万分之一。"哈勃数据实际上在确定这些颗粒的大小方面发挥了关键作用，"合著者之一、康奈尔大学的尼科尔-刘易斯解释说，他领导的韦伯保证时间观测（GTO）计划旨在帮助建立热木星大气层的三维视图。我们仅从韦伯的近红外成像数据中就知道存在二氧化硅，但我们需要哈勃的可见光和近红外观测数据作为背景，以弄清晶体有多大。"与地球云层中发现的矿物颗粒不同，WASP-17b云层中探测到的石英晶体并不是从岩石表面被卷起的。相反，它们源自大气层本身。格兰特解释说："WASP-17b温度极高--约2700华氏度（1500摄氏度）--在大气高处形成石英晶体的压力只有我们在地球表面所经历的压力的千分之一。在这种条件下，固态晶体可以直接从气体中形成，而无需先经过液态阶段。"了解云层是由什么构成的，对于了解整个行星至关重要。像WASP-17b这样的热木星主要由氢和氦组成，还有少量其他气体，如水蒸气（H2O）和二氧化碳（CO2）。韦克福德解释说："如果我们只考虑这些气体中的氧，而忽略了石英（SiO2）等矿物中锁住的所有氧，我们就会大大低估总丰度。这些美丽的二氧化硅晶体告诉我们不同物质的存量，以及它们如何共同塑造了这个星球的环境。"究竟有多少石英，以及云层的弥漫程度如何都很难确定。格兰特说："云层很可能出现在昼夜交替的地方（终结者），也就是我们的观测所探查的区域。鉴于这颗行星被潮汐锁定，白天很热，夜晚较冷，云层很可能在行星周围循环，但当它们到达较热的白天一侧时就会蒸发。风可能会以每小时数千英里的速度将这些微小的玻璃状颗粒带走"。WASP-17b是JWST望远镜科学家小组利用多仪器光谱对系外行星大气进行深度勘测（DREAMS）调查的三颗目标行星之一，该调查旨在收集系外行星每个关键类别中一颗代表行星的综合观测数据：热木星、暖海王星和温带岩石行星。对热木星WASP-17b的近红外成像观测是GTO1353计划的一部分。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1390433.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1390433.htm

韦伯望远镜揭示意想不到的系外行星55 Cancri e的大气层

韦伯望远镜揭示意想不到的系外行星55Cancrie的大气层这幅艺术家的概念图展示了系外行星55Cancrie的模样。巨蟹座55号也被称为"杨森"，是一颗所谓的超级地球，是一颗比地球大得多但比海王星小得多的岩质行星，它绕恒星运行的距离只有140万英里（0.015个天文单位），不到18个小时就能完成一个完整的轨道运行（水星距离太阳的距离是巨蟹座55号的25倍）。(水星距太阳的距离是巨蟹座55号距其恒星距离的25倍）该系统还包括四颗大型气体巨行星，位于巨蟹座，距地球约41光年。资料来源：NASA、ESA、CSA、拉尔夫-克劳福德（STScI）巨蟹座55是围绕巨蟹座中一颗类太阳恒星运行的五颗已知行星之一。这颗行星的直径几乎是地球的两倍，密度稍大，被归类为超级地球：比地球大，比海王星小，成分与太阳系中的岩石行星相似。伯尔尼大学空间与宜居性研究中心（CSH）的Brice-OlivierDemory是NCCRPlanetS的成员，也是这项刚刚发表在《自然》杂志上的研究的共同作者。他说："巨蟹座55是最神秘的系外行星之一。尽管在过去的十年中，我们利用十几个地面和太空设施获得了大量的观测时间，但它的本质仍然难以捉摸，直到今天，詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）终于可以拼凑出部分谜题。"出乎意料的是，这些观测结果表明，一颗高温、高辐照度的岩质行星有可能维持气态大气，这预示着JWST有能力描述围绕类太阳恒星运行的温度较低、可能适宜居住的岩质行星的特征。来自美国宇航局喷气推进实验室（JPL）的胡仁宇带领团队在《自然》杂志上发表了他们的研究成果。他说："JWST确实将系外行星特征描述的前沿推向了岩质系外行星。"它真正实现了一种新型科学"。CHEOPS的艺术印象。图片来源：ESA/ATGmedialabDemory是胡在麻省理工学院（MIT）时的同事之一，胡邀请他参加研究项目。Demory从职业生涯一开始就一直在研究巨蟹座55："作为麻省理工学院的博士后，我领导发现了55Cancrie的首次凌日，2016年，我的团队发表了第一张岩石系外行星的地图，这就是55Cancrie。"2016年的研究结果已经暗示了巨蟹座55附近可能存在大气层。在本次研究中，Demory对JWST数据集进行了独立分析。他解释说"JWST在红外波段对这一图景进行了补充，显示出超级地球55Cancrie周围可能存在大气层，其成分与一氧化碳或二氧化碳一致"。超热的超级地球，仍然比预期的更冷虽然巨蟹座55e的成分与太阳系中的岩石行星相似，但将其描述为"岩石"可能会给人留下错误的印象。这颗行星的轨道离它的恒星如此之近（一个完整的轨道持续18个小时，而我们的地球则是365天），因此它的表面一定是熔融的--一个深邃的、冒着气泡的岩浆海洋。在如此紧密的轨道上，这颗行星也很可能被潮汐锁定，白天始终面向恒星，而夜晚则永远处于黑暗之中。胡解释说："这颗行星温度很高，一些熔岩应该会蒸发掉。"虽然JWST无法捕捉到巨蟹座55的直接图像，但它可以测量该行星绕恒星运行时来自该系统的光线的微妙变化。研究小组利用JWST的NIRCam（近红外相机）和MIRI（中红外仪器）测量了来自该行星的红外光。通过将行星位于恒星后方的二次日食期间的亮度（仅恒星光）减去行星位于恒星旁边时的亮度（恒星和行星发出的光总和），研究小组能够同时计算出来自行星日侧多个波长的红外光量。根据热辐射或以红外光形式散发的热能进行的温度测量，首次显示出坎昆里55号可能有大量大气层。如果这颗行星被黑暗的熔岩覆盖，只有一层薄薄的蒸发岩层，或者根本没有大气层，那么它的日面温度应该在2200摄氏度左右。胡仁宇说："相反，MIRI数据显示的温度相对较低，约为1500摄氏度。这非常有力地表明，能量正在从白天向夜晚分布，很可能是通过富含挥发性物质的大气层。虽然熔岩流可以将一些热量带到夜侧，但它们无法有效地将热量转移到夜侧，因此无法解释冷却效应。事实上，即使热量在地球上均匀分布，白天看起来也要比白天低几百度。如果地表发出的部分红外光被大气层吸收，永远无法到达望远镜，那么这种情况就说得通了。"气泡岩浆海洋研究小组认为，覆盖在巨蟹座55上的气体是从内部冒出来的。由于恒星的高温和强烈辐射，原生大气早已消失。这将是由岩浆海洋不断补充的次级大气。岩浆不仅仅是晶体和液态岩石，其中还有大量溶解气体。虽然巨蟹座55太热，不适合居住，但它可以为研究岩质行星的大气、表面和内部之间的相互作用提供一个独特的窗口，或许还能为早期的地球、金星和火星提供启示，因为人们认为它们在很久以前就已经被岩浆海洋所覆盖。归根结底，我们希望了解是什么条件使岩质行星能够维持富含气体的大气层：这是宜居行星的关键要素。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1433419.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1433419.htm

外星雾霾揭示遥远系外行星含水量的秘密

外星雾霾揭示遥远系外行星含水量的秘密两颗拥有朦胧大气层的富含水的系外行星示意图。图片来源：RobertoMolarCandanosa/JohnsHopkins大学系外行星研究的新工具这项研究为研究系外行星大气化学提供了新工具，并将帮助科学家模拟系外行星水的形成和演化过程，这些发现可能有助于寻找太阳系外的生命。"最重要的问题是太阳系外是否存在生命，但要回答这样的问题，需要对所有不同类型的行星，特别是有大量水的行星，进行非常详细的建模，"合著者、约翰-霍普金斯大学地球与行星科学副教授萨拉-霍斯特（SarahHörst）说。"这一直是一个巨大的挑战，因为我们没有足够的实验室工作来完成这项工作，所以我们正试图利用这些新的实验室技术，从我们正在使用的所有这些大型花式望远镜获取的数据中获得更多信息。"研究小组于11月27日在《自然-天文学》（NatureAstronomy）杂志上发表了他们的研究成果。研究人员说，一颗行星的大气层是否含有霾或其他粒子，对全球温度、星光入射水平以及其他可能阻碍或促进生物活动的因素有着显著影响。小组在霍斯特实验室的一个专门设计的密室中进行了实验。霍斯特说，他们首次确定了太阳系外的水行星中能形成多少雾霾。雾霾由悬浮在气体中的固体颗粒组成，它会改变光线与气体相互作用的方式。不同程度和种类的雾霾会影响粒子在大气中的传播方式，从而改变科学家用望远镜探测到的遥远行星的情况。系外行星观测面临的挑战"当我们试图观测一颗行星是否适合居住时，水是我们首先要寻找的东西，而且已经在系外行星大气中观测到了令人兴奋的水。但我们的实验和建模表明，这些行星很可能还含有雾霾，"约翰-霍普金斯大学领导这项研究的行星科学家何超说。"这种雾霾确实使我们的观测变得复杂，因为它遮蔽了我们对系外行星大气化学和分子特征的观察"。科学家用望远镜研究系外行星，观察光线如何穿过大气层，发现大气气体如何吸收不同色调或波长的光线。扭曲的观测结果会导致对空气中重要物质（如水和甲烷）的含量以及大气中颗粒物的类型和水平的误判。霍斯特说，这种误读会损害科学家对全球温度、大气厚度和其他行星状况的结论。模拟系外行星大气层研究小组调制了两种气体混合物，其中含有水蒸气和其他假定系外行星常见的化合物。他们用紫外线照射这些混合物，模拟恒星发出的光如何引发产生雾粒的化学反应。然后，他们测量了雾霾粒子对光的吸收和反射程度，以了解它们如何与大气中的光相互作用。与之前的研究相比，新数据更准确地匹配了一颗被研究得很透彻的系外行星GJ1214b的化学特征，证明了不同光学性质的雾霾会导致对行星大气层的误读。未来研究方向外星大气可能与太阳系的大气截然不同，Hörst补充说，目前已确认的系外行星有5000多颗，它们的大气化学成分各不相同。研究小组目前正在努力创造更多实验室制造的雾霾"类似物"，其气体混合物能更准确地反映他们在望远镜中看到的情况。霍斯特说："人们在对这些大气层进行建模时，将能够利用这些数据来了解大气层和行星表面的温度，是否存在云层，云层有多高，云层是由什么构成的，或者风速有多快。所有这些事情都能帮助我们真正把注意力集中在特定的行星上，使我们的实验独一无二，而不是在试图了解全局时只是进行一般化的测试。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1400373.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1400373.htm