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虽然水蒸气在许多系外行星的大气中很普遍 但其

更新时间:2020-09-11 13:01点击:

  迄今为止,对系外行星大气化学成分的最广泛调查表明,趋势正在挑战当前的行星形成理论,并且对寻找太阳系及以后的水具有影响。

虽然水蒸气在许多系外行星的大气中很普遍 但其

  由剑桥大学领导的一组研究人员使用来自19个系外行星的大气数据来获得对其化学和热学性质的详细测量。研究中的系外行星的大小范围很大-从近10个地球质量的“小海王星”到600多个地球质量的“超木星”-以及温度,从近20C到2000C以上。就像我们太阳系中的巨型行星一样,它们的大气层富含氢,但是它们绕不同类型的恒星运行。

  研究人员发现,虽然水蒸气在许多系外行星的大气中很普遍,但其含量却比预期的低得多,而在某些行星中发现的其他元素的含量与预期相符。该结果是《关于天体物理学杂志快报》的一项有关我们太阳系外行星大气化学成分的五年研究计划的一部分。

  剑桥大学天文研究所的项目负责人Nikku Madhusudhan博士说:“我们看到的是外星世界中化学模式的最初迹象,而且我们看到它们在化学成分方面可以有多种选择。”五年前首次测量了巨大系外行星中的低水蒸气丰度。

  在我们的太阳系中,巨型行星大气中相对于氢的碳含量明显高于太阳。这种“超太阳”的丰度被认为是在行星形成时起源的,并且大量的冰,岩石和其他颗粒以所谓的吸积过程被带入行星。

  据预测,在巨大的系外行星大气中,其他元素的丰度也同样很高,尤其是氧气,它是宇宙中氢和氦之后含量最高的元素。这意味着,作为氧气的主要载体的水在这种气氛中也被认为是过量的。

  研究人员使用了来自天基和地基望远镜的大量光谱数据,包括哈勃太空望远镜,斯皮策太空望远镜,智利的超大型望远镜和西班牙的Gran Telescopio Canarias。可获得的观测值的范围以及详细的计算模型,统计方法以及钠和钾的原子性质,使研究人员能够获得整个样品系外行星大气中化学丰度的估计值。

  研究小组报告了19个行星中有14个的水汽含量丰富,以及每个6个行星中的钠和钾含量丰富。他们的研究结果表明,相对于其他元素而言,氧气已经消耗and尽,并为这些系外行星的形成提供了化学线索,而实际上却没有积冰。

  Madhusudhan说:“令人难以置信的是,在围绕着各种恒星运转的众多行星的大气层中,水含量如此之低。”

  主要作者路易斯·韦尔班克斯说:“考虑到我们还无法对太阳系中的巨型行星(包括我们最近的天然气巨人邻居木星)进行同样的处理,测量系外行星大气中这些化学物质的含量是非常不寻常的。”天文学研究所的博士研究生。

  事实证明,测量木星大气层水的各种努力(包括美国宇航局当前的朱诺任务)具有挑战性。韦尔班克斯说:“由于木星太冷,其大气中的任何水蒸气都会凝结,难以测量。”“如果发现木星中的水量丰富,正如我们所预测的那样,那就意味着它的形成方式与我们在当前研究中所观察到的系外行星不同。”

  Madhusudhan说:“我们期待在未来的研究中增加我们的星球样本的大小。”“不可避免地,我们希望找到与当前趋势以及其他化学物质的测量值相距甚远的异常值。”


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