一個只有麥片盒大小的太空船收集了被稱為”熱木星”的大型浮腫行星大氣的精確測量數據。這些發現由美國加州大學柏克萊分校博爾德分校的研究小組領導，有助於揭示這些行星和其他許多世界周圍的大氣是如何逃逸到太空中的。

藝術家描繪的KELT-9b，一顆圍繞恆星運行的熱木星行星，距離地球大約670 光年，是CUTE 太空船的科學目標。資料來源：美國太空總署戈達德太空飛行中心

美國國家航空暨太空總署的CUTE 太空船儘管體積很小，卻極大地促進了我們對”熱木星”的了解，揭示了各種大氣行為，有助於我們了解行星的演變，同時也為學生提供了實務經驗。

這些觀測結果是美國國家航空暨太空總署（NASA）一個名為”科羅拉多紫外線過境實驗”（CUTE）的辛勤工作的航天器取得的首批成果。

這次任務的首席研究員凱文-弗朗西斯科在舊金山舉行的美國地球物理聯合會2023 年會議上介紹了該小組的研究成果。

這個身長僅有14 吋的小玩意可能很可愛，但它的科學發現卻一點也不少。自2021 年9 月發射以來，CUTE 已將其單架紫外線望遠鏡對準了一系列熱木星，這些熱木星距離地球約數百光年。

熱木星是銀河系中最熱、最憤怒的行星之一。顧名思義，它們和我們的木星一樣是氣態巨行星。不過，這些行星更靠近它們的母恆星，大約每隔幾個地球日就會完成一次軌道運行。在這個過程中，恆星輻射會把熱木星烤到數千華氏度，它們的大氣會膨脹到非常大，有點像麵包在烤箱裡升溫。

長期以來，研究人員一直懷疑恆星輻射的這種持續衝擊可能會在數百萬年到數十億年的時間裡剝離一些系外行星周圍的大氣層，來自CUTE 的數據表明，這一過程可能並不那麼簡單。

各種各樣的熱木星行星。圖片來源：歐空局/哈伯和美國國家航空暨太空總署

CUTE 團隊包括幾名本科生和研究生，迄今為止已經觀測到七顆熱木星，還有更多的木星即將被觀測到。其中一些似乎正在失去大氣層，但其他則沒有。

大氣與太空物理學實驗室（LASP）和天文物理與行星科學系副教授弗朗西說：「行星似乎是五花八門的。」他補充說，CUTE 正在幫助科學家編寫銀河系中存在的多種行星的實地指南–包括那些看起來與地球近鄰毫無相似之處的行星。

“我們希望了解我們的太陽係是如何融入宇宙中的太陽系大家庭的，」弗朗西斯科說。 “這意味著要了解大行星、小行星、可能有生命的行星和肯定沒有生命的行星，以及在這些行星上運行的所有重要物理過程。”

CUTE 系統工程師Rick Kohnert 和前LASP 研究生Arika Egan 在中大博爾德校區與小型衛星合影。資料來源：LASP

CUTE 的科學研究成功之路並非一帆風順。當太空船首次進入環繞地球的軌道時，弗朗西斯科和他的同事很快就注意到，它似乎遇到了一些小故障–這是許多小型衛星（或稱為立方體衛星）的正常問題。有一次，保護CUTE 望遠鏡的快門總是在不該關閉的時候突然關閉。

包括幾名本科生和研究生在內的研究小組並沒有放棄。研究人員命令太空船打開快門，然後耗盡為其供電的電池，防止儀器再次關閉。

CUTE misssion 標誌

“CUTE至今仍在工作並收集數據，”France說。 “當我們獲得第一批真正的科學成果時，真的很令人興奮”。

CUTE 在遙遠的行星從其母星前方經過時對它們進行觀測，使這些恆星發出的紫外線在此過程中變暗。在某些情況下，太空船的觀測非常精確，可以偵測到星光何時變暗，而變暗的幅度僅為1%。

在9月發表的一篇論文中，研究人員描述了他們對一個名為WASP-189b的世界的觀測結果。這顆行星圍繞著天秤座的一顆恆星運行，距離地球超過300光年，即數千萬億英里。根據研究團隊的研究結果，這顆行星的溫度也高得驚人，其大氣層的溫度大約達到華氏15,000度。這比太陽表面的溫度高出數千度。

CUTE的觀測結果也表明，氣體正以同樣驚人的速度從WASP-189b周圍逸出，每秒約4億公斤（近9億磅）。

並非CUTE 在前兩年研究的所有行星都如此令人興奮。在未發表的研究結果中，研究團隊觀測了第二顆名為MASCARA-4b 的行星，這顆行星似乎沒有損失太多氣體。其他行星如KELT-9b則處於中間位置。

弗朗西斯科和他的同事們希望他們的研究結果能有助於揭示為什麼有些行星會失去大塊的大氣層，而有些行星則基本上保持不變。他懷疑這與行星本身（較大的行星會產生較強的引力）和恆星的動態（較活躍的恆星可能比沉靜的恆星對行星造成更大的破壞）共同作用有關。

隨著時間的推移，這些相同的過程可能會對地球太陽系內外的行星產生潛在的影響。例如，科學家推測火星曾經擁有更厚的大氣層，但經過數十億年的太陽侵蝕，大氣層已經消失。

大氣逃逸也可以解釋一類被稱為”超級地球”的行星的起源，這類行星比我們的世界稍大一些。

「許多證據表明，超級地球一開始是海王星大小的行星，擁有龐大而蓬鬆的大氣層，然後質量急劇下降，只剩下岩石內核和可能稀薄的大氣層，」弗朗西斯科說。

他說，CUTE 最大的遺產可能是對學生的影響。由約20人組成的小團隊幾乎參與了太空船生命的各個層面–從建造衛星到發射衛星、發送指令，再到下載和分析科學數據。 CUTE目前在距離地球表面約326英里（525公里）的軌道上運行，預計2027年重返大氣層。

“所有這些事情都發生在美國國家航空暨太空總署的大型任務中，只是規模更大而已，我們的學生和早期職業科學家正在獲得從提案階段一直到推出科學產品的全部經驗”。

編譯來源：ScitechDaily