結合哈伯、史匹哲望遠鏡數據,科學家發現大氣成分更像恆星的行星

作者 | 發布日期 2019 年 07 月 04 日 18:19 | 分類 天文 , 尖端科技 , 自然科學 follow us in feedly


天文學家至今已找到逾 4,000 顆系外行星,然而我們對它們的大氣成分知之甚少。最近 NASA 團隊結合了兩架太空望遠鏡數據,首次確定一顆系外行星大氣的詳細化學特徵──那是與我們太陽系行星截然不同的新世界。

該行星名為「葛利斯 3470b(Gliese 3470b,縮寫 GJ 3470b)」,圍繞著紅矮星 Gliese 3470 運行,和地球一樣擁有固體核心、質量介於地球~海王星之間、約地球的 12.6 倍。事實上,已於 2018 年退役的克卜勒太空望遠鏡發現大部分系外行星、或者銀河系中 80% 行星的質量都介於這範圍,但天文學家迄今都還未完全理解這類型行星的化學性質。

利用 NASA 的哈伯太空望遠鏡、史匹哲太空望遠鏡數據,天文學家現在首次研究葛利斯 3470b 行星的大氣,卻發現它並不如預期中出現氧、碳等重元素,反而擁有近乎原始的氣體成分:氫氣和氦氣,這有點神秘。

怎麼說呢?現今地球大氣以氮氣和氧氣為主,若從組成成分來看,葛利斯 3470b 更像是一顆恆星而不是一顆行星,比如我們太陽的化學組成,有 73% 都是氫,其餘便幾乎都是氦,至於氧、碳、氖、鐵和其他重元素的質量遠少於 2%;而太陽系的氣態巨行星木星、土星主要也由氫和氦構成,但它們還含有其他化合物如甲烷、氨,反觀葛利斯 3470b,幾乎不存在這些化合物。

更特別的是,葛利斯 3470b 的軌道非常接近母恆星,但它的質量遠遠低於木星(地球質量 318 倍),與其他系外行星如:熱木星形成鮮明對比。天文學家認為,熱木星原本應形成於外圍區域,之後才隨著時間推移慢慢遷至母恆星附近,而葛利斯 3470b 可能一開始就出生在母恆星附近。

▲ 葛利斯 3470b 的構造與繞行母恆星的軌道示意圖。(Source:NASA

根據加拿大蒙特婁大學天文學家 BjörnBenneke 推論,葛利斯 3470b 最初只是原行星盤中一塊小岩石,但它卻和新形成的恆星搶養分,拚命從原始氣體盤中吸取氫氣及氦氣,想要成長為巨行星;沒想到的是,年輕恆星成長速度極快,原行星盤的物質很快就被恆星吃光光,阻止了葛利斯 3470b 成為巨星。

聽上去好像有點悲傷,並且天文學家在分類時,也對這顆行星的去向感到茫然:它應該被稱為超級地球?熱海王星?還是要再成立一個全新行星家族?

無解的天文學家正在等待詹姆斯韋伯太空望遠鏡(JWST)發射升空。也許 JWST 到時候會發現,宇宙中還有很多行星就跟葛利斯 3470b 一樣地位尷尬、不像地球也不像海王星,或許成立一個混血兒行星家族給它們也不錯。

新論文發表在《自然-天文學》(Nature Astronomy)期刊。

(首圖來源:哈伯太空望遠鏡/歐洲太空總署