系外“超級地球”在26光年外被發現可能擁有大氣層
在過去的25年裡,由於建造了專門用於行星搜索的天文儀器,天文學家發現了各種各樣的由岩石、冰和氣體構成的系外行星。同時,他們還綜合運用不同的觀測技術,確定了大量行星的質量、大小,從而確定了行星的密度,這有助於他們估計行星的內部構成,提高了在太陽系外發現的行星數量。
然而,要研究岩質行星的大氣層,從而有可能全面地描述那些與地球相似的系外行星的特徵,在目前現有的儀器下是極其困難的。因此,岩質行星的大氣模型仍未得到檢驗。
最近,德國海德堡馬克斯-普朗克天文學研究所的天文學家Trifon Trifonov發表了一項研究報告,內容是發現一顆炙熱的“超級地球”圍繞著附近的一顆紅矮星Gliese 486運行,該行星距離太陽只有26光年。
為此,科學家們使用了“凌日法”和徑向速度光譜的綜合技術,並利用Teide天文台1.52米的Carlos Sánchez望遠鏡上的儀器MuSCAT2(用於研究系外行星大氣的多色同步相機)等進行觀測。這項研究的結果已發表在《科學》雜誌上。
他們發現的這顆行星被命名為Gliese 486b,其質量是地球的2.8倍,而體積僅有30%。“通過對其質量和半徑的測量計算其平均密度,我們推斷其成分與金星或地球相似,它們內部有金屬核,”IAC研究員、文章的共同作者Enric Pallé解釋說。
Gliese 486b每隔1.5天就繞著它的宿主星運行一次,距離為250萬公里。儘管距離恆星如此之近,但這顆行星很可能保留了其原有的部分大氣層(這顆恆星的溫度比我們的太陽低得多),因此它是用下一代太空和地面望遠鏡進行更詳細觀測的理想候選行星。
Trifonov表示:“這顆行星離太陽如此之近的事實令人振奮,因為將有可能利用強大的望遠鏡,如即將建造的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡和現在正在建造的極大望遠鏡對其進行更詳細的研究。”
Gliese 486b在其軸線上自轉的時間與圍繞其宿主恆星運行所需的時間長度相同,因此它總是有相同的一面面向恆星。雖然Gliese 486比太陽要暗淡得多,溫度也低得多,但輻射非常強烈,行星表面至少會達到約430攝氏度。正因為如此,Gliese 486b的表面可能更像金星的表面,而不是地球的表面,有著炎熱乾燥的地貌,有著燃燒的熔岩河流。然而,與金星不同的是,Gliese 486b可能有一個稀薄的大氣層。
用現有的行星大氣模型進行的計算可以與熱表面和稀薄大氣層兩種情況相一致,因為恆星輻照往往會使大氣層蒸發,而行星的引力往往會使大氣層受阻。確定這兩種貢獻之間的平衡在今天是困難的。
“Gliese 486b的發現是一次幸運的嘗試。如果它的溫度在一百度左右,它的所有表面都會是熔岩,它的大氣層會是汽化的岩石,”天體生物學中心(CAB,CSIC-INTA)的研究員、文章的共同作者José Antonio Caballero解釋說。“另一方面,如果Gliese 486b的溫度在一百度左右,它就不適合進行後續觀測。”
CARMENES團隊未來計劃的觀測將嘗試確定其軌道傾角,這使得Gliese 486b有可能穿越我們和恆星表面的視線,隱沒部分光線,並產生所謂的“凌日”。
他們還將利用“發射光譜法”進行光譜測量,在Gliese 486b運行期間,當被恆星照亮的半球區域作為行星的相位(類似於月球的相位)可見,然後消失在恆星後面。觀測到的光譜將包含有關行星被照亮的熱表面狀況的信息。
“我們不能等到新的望遠鏡可用,”Trifonov承認。“我們用它們可能獲得的結果將幫助我們更好地了解岩質行星的大氣層,它們的廣度,它們的非常高的密度,它們的組成,以及它們在行星周圍分配能量的影響。”
CARMENES項目由西班牙和德國的11個研究機構組成,其目的是利用卡拉阿托天文台(西班牙)3.5米望遠鏡上的光譜儀監測一組350顆紅矮星,以尋找像地球這樣的行星。本研究還利用光譜測量來推斷Gliese 486b的質量。使用美國雙子座北星(8.1米)上的MAROON-X儀器進行了觀測,並從Keck 10米望遠鏡(美國)和歐洲南方天文台的3.6米望遠鏡獲取了檔案數據。
光度觀測數據來自美國宇航局(NASA)的凌日外行星勘測衛星TESS,該觀測站的數據是獲得該行星半徑的基本數據,還來自Teide天文台(西班牙)1.52米Carlos Sánchez望遠鏡上的MuSCAT2儀器和智利LCOGT的數據等。