“超級(jí)地球”的熱輻射信號(hào)

要想從恒星的炙熱覆蓋中找出其近旁行星發(fā)出的熱輻射信號(hào)，簡直就無異于要從10000根蠟燭中找出其中的一根來。

不過，科學(xué)家們現(xiàn)在就真的做到了這樣的事：他們識(shí)別出一顆位于40光年之外的恒星近旁的一顆系外行星發(fā)射出的紅外波段輻射信號(hào)，這是天文學(xué)家首次探測到超級(jí)地球紅外輻射信號(hào)。

但是這顆行星的環(huán)境非常惡劣，人類是不會(huì)想來這里生活的——這顆行星名為巨蟹座55e，其表面溫度超過2000攝氏度，這一溫度足以熔化鋼鐵。

來自美國麻省理工和其他科研機(jī)構(gòu)的研究人員們表示這一行星可能缺乏高反射率的表面，如冰蓋等等。與之相反，它會(huì)吸收大部分照射到其地表的陽光，這就有點(diǎn)像是地球上暗黑的深海會(huì)吸收大部分陽光一樣。

借助運(yùn)行于地面和空間的望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家們對一顆恒星的光譜進(jìn)行了分析，試圖從中識(shí)別任何可能暗示其周圍存在行星的線索。周期性的光變顯示這顆恒星的周圍存在行星運(yùn)行，正是它周期性的遮蔽造成了恒星亮度的規(guī)律性變化。

通過這些數(shù)據(jù)，科學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)估算除了這顆系外行星，即巨蟹座55e的半徑(相當(dāng)于地球半徑的兩倍)，以及它的公轉(zhuǎn)軌道周期(18小時(shí))。

盡管恒星的強(qiáng)烈光芒確實(shí)讓天文學(xué)家們方便探測并分析其光譜特征，但同樣的原因，讓天文學(xué)家們試圖捕捉其近旁暗弱的行星的輻射特征變得困難重重。

此項(xiàng)研究合著者，MIT地球大氣及行星科學(xué)系博士后研究員布魯斯·奧利佛·得莫利說：“這顆行星距離恒星的距離太近了，因此它被照得很亮。”他說：“這就像電影《阿凡達(dá)》中，當(dāng)潘多拉星球圍繞氣態(tài)巨行星‘波呂斐摩斯’運(yùn)行，當(dāng)你從潘多拉星球上看波呂斐摩斯星球，你就能體會(huì)從行星巨蟹座55e上看它圍繞運(yùn)行的恒星究竟會(huì)感覺它多么巨大。”

研究小組借助美國宇航局斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)，這臺(tái)設(shè)備可以檢測太陽系內(nèi)外天體在紅外波段發(fā)出的輻射。得莫利和他的同事們將望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)巨蟹座55星，對它的行星通過其正后方導(dǎo)致的持續(xù)長達(dá)6小時(shí)的“掩星”現(xiàn)象進(jìn)行觀測。

得莫利小組測量了掩星現(xiàn)象發(fā)生前后星光的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)恒星完全遮蔽行星時(shí)，恒星體系的亮度出現(xiàn)了輕微的下降。

為了確認(rèn)這一下降并非誤差導(dǎo)致，研究小組額外進(jìn)行了3輪重復(fù)觀測，并對獲取的全部4組數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。

論文合著者、斯皮策望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目首席科學(xué)家麥克·吉龍說：“當(dāng)你將所有數(shù)據(jù)疊加在一起，你就會(huì)看到一個(gè)完美的光變曲線，它清楚地顯示了由于行星被徹底遮蔽而導(dǎo)致的恒星系統(tǒng)整體亮度下降。這是我們首次目睹來自一顆行星的微小光芒。”

從這顆行星發(fā)出的紅外輻射分析，研究人員們精確地計(jì)算出了這顆天體的溫度約合2038攝氏度。在如此高溫下，得莫利指出這顆行星應(yīng)當(dāng)看上去相當(dāng)黑暗，不存在類似冰蓋這樣的高反射率表面，并且會(huì)吸收大部分來自恒星的熱輻射。

這顆行星的溫度數(shù)據(jù)或許還會(huì)對研究人員們了解其大氣層特征提供些許幫助。巨蟹座55e圍繞其母恒星的運(yùn)行方式，非常類似于月球圍繞地球運(yùn)行的方式——即兩者已經(jīng)處于潮汐鎖定狀態(tài)，永遠(yuǎn)以一面面朝恒星。

得莫利認(rèn)為，這顆行星的高溫絕大部分應(yīng)是集中在其向陽面，并且這些熱量將很難被順利傳導(dǎo)至其背陰面。這也就是說，這顆行星上不太可能存在強(qiáng)勁的狂風(fēng)。

菲爾·阿米塔格是科羅拉多大學(xué)天體物理學(xué)教授，他說，對于任何儀器來說，包括斯皮策空間紅外望遠(yuǎn)鏡，要想對系外行星進(jìn)行直接觀測都非常困難。他將此次麻省理工小組的觀測成果稱作“真正將一臺(tái)設(shè)備的觀測能力推向極限的偉大案例。”他指出，對這顆行星的紅外輻射觀測將幫助我們確認(rèn)這顆“超級(jí)地球”的更多特性。

他說：“‘超級(jí)地球’的概念非常有趣，因?yàn)樗鼈冊谔栂抵型耆也坏较囝愃频膶?yīng)天體。對于它們究竟是如何形成的，由什么形成的，我們都知之甚少。這是一個(gè)謎團(tuán)，它需要除了這顆行星的半徑和質(zhì)量以外的參數(shù)來幫助才能解開。”