一颗温暖“海王星”的湿润天空

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一颗温暖“海王星”的湿润天空

天文学家已经在一颗温暖的类似海王星的地外行星HAT-P-26b上检测到了水，为这些行星的起源提供了线索。

这些最先被发现的地外行星都出现在了都是科学家本来所认为不可能出现的位置，比如和木星质量相近的类木行星，还有一些比它们小一点的和海王星质量相近的类似海王星的 行星都因离母星非常近而很灼热。这让科学家在试图解释它们的起源时非常困惑：气体和冰质行星理论上应该离母星较远才对，那么这些离母星如此近的气体和冰质行星究竟是如何形成的呢？

现在，通过对一颗温暖的“海王星”HAT-P-26b进行细致观察，科学家得以提供了一些这类行星起源的线索。

热木星和温暖海王星的起源

天文学家一向认为巨行星只能形成于行星系统的冻结线以外。越过冻结线后，低温会令甲烷、二氧化碳以及水冻结。这些气体被冻结成冰碴，为建筑行星提供了原料。如果行星更接近母星，那些冰块会升华成气体，也就不能成为形成行星的吸积过程的原料。

针对这个问题现有两个假说。第一个是迁移说：巨行星可以在远离冻结线的地方形成，然后通过与原恒星盘，路过的恒星，或另一个行星相互作用，向内移动。第二个是原地形成说：也就是因为某些原因母星周围有足够的原料，热巨行星便直接在接近母星的轨道上形成。

摘掉HAT-P-26b的神秘帽子

HAT-P-26b是一颗425光年外和我们的海王星质量相当的行星，每四天都会经过自己的母星前方。故每四天我们都可以用透射光谱法，分析透过行星大气层的光线来检验它大气的化学成分。利用行星运行到恒星前方的时机，NASA戈达德太空飞行中心的汉娜·韦克福德和她的同事们四度使用哈勃望远镜收集母星的光谱，在另外两次的掩星期间采用了斯皮策望远镜的档案记录。 综合以上数据，她们重建了一个囊括0.5至5微米的波长光线的光谱 - 这是寻找水的理想光谱范围。

然后她们找到了水：光谱揭示了行星表面存在的轻云层，以及其大气中水分子的踪迹。水是大气中典型的重元素携带者，重元素指除氢和氦以外的所有元素。在水存在的条件下，分析HAT-P-26b的重元素含量居然是太阳的4.8倍，这个测量数据更接近木星的重元素含量（比太阳大5倍），而不接近海王星的重元素含量（比太阳大100倍）。所以称这个星球为温暖的小木星更为恰当。

然而，在现阶段，透射光谱测量的方法还不精确，仍存在很大的不确定性：这颗行星上大气层的重元素的真实丰度也可能在太阳的0.8到26倍之间。尽管数据有很大的不确定性，这个星球也已经违背了我们现今在自己的太阳系中看到的趋势：大质量行星通常拥有较少的重要元素，而小质量行星则较多。鉴于它有与海王星的质量，HAT-P-26b的重元素丰度应该比现在更多。

所以，就像质量较大的木星一样，HAT-P-26b主要由氢和氦组成。 而且由于这种氢氦的原始混合物相对没受到行星早期形成阶段产生的重元素的干扰，所以在这个行星系统的形成过程中，这个星球必须形成得相对较晚。 韦克福德和她的同事认为，在晚期形成的行星是不可能有太多的时间向内迁移的，所以这个星球可能是在原地，也就是现在离母星较近的位置，通过在其母星周边收集原材料聚集形成的。

作者：莫妮卡·杨（Monica  Young)