首次揭示“超级地球”大气成分

开普勒空间望远镜迄今已发现了数千颗太阳系外行星。随着这一波发现，天文学家发现了一件怪事：太阳系中不存在银河系中最常见的行星类型。它们的大小介于地球和海王星之间，被称为“超级地球“或“亚海王星”。

使用哈勃空间望远镜和斯皮策空间望远镜，天文学家有史以来第一次成功观测到了超级地球GJ3470b的大气并揭示了它的成分。该行星的大气非常“轻”，几乎完全由氢和氦组成，更像一颗恒星的组成而非行星。

[图片说明]：太阳系外行星GJ3470b具有岩石内核和一个由氢和氦组成的厚大气层，以极近的距离绕一颗红矮星公转。版权：NASA/ESA/L. Hustak

GJ3470b与我们太阳系中任何一颗行星都不同。它的质量是地球的12.6倍，但仍小于17倍地球质量的海王星。它只需3天就可以绕其宿主恒星公转一周，后者是一颗温度比太阳低得多的红矮星。

超级地球和亚海王星涵盖了许多类型的行星，从数倍于地球大小的岩质行星，到由水和冰组成的行星，再到相对较小的气态行星。类似于与太阳系中的巨行星，它们中有许多具有由氢和氦组成的浓厚大气层。与之相反的是，地球的大气十分稀薄，由更重的成分组成，例如氮和氧。对于许多超级地球而言，它们庞大的身形主要源于其浓厚的大气层，而岩质成分可能仅比地球大一点点。

天文学家本以为，超级地球的大气会类似于海王星，富含可以形成水蒸气和甲烷的较重元素，例如如氧和碳。但结果却发现GJ3470b大气中鲜有重元素，反而像太阳一样富含氢和氦。

这迫使天文学家必须重新思考超级地球的形成过程。通常，当天文学家看到一颗在近距离轨道上绕恒星公转的行星时，都会认为它是在距离恒星较远的宁静区域中形成的。这使它可以远离年轻恒星的热量和星风，后者会在行星的引力束缚住氢和氦这些非常轻的元素之前把它们吹散。在行星形成后，引力相互作用或气体阻尼会使得行星向内迁移到目前被观测到的轨道上。

但在眼下的这个案例中，GJ3470b的大气构成表明，它也许是在距离恒星较近的地方形成的，位于氧和碳等重元素存在的雪线以内。在那里，这个超级地球不仅可以形成其固态的岩质内核，还可以获得其大气中的轻元素。

斯皮策空间望远镜很快就会退役，美国宇航局将要发射的詹姆斯·韦布空间望远镜可以看到更多细节。距离地球仅100光年且距其宿主恒星非常近，GJ3470b会成为韦布空间望远镜后续工作的主要候选体。

原文链接：http://www.astronomy.com/news/2019/07/astronomers-peer-into-super-earths-atmosphere-for-first-time

作者：Korey Haynes

编译：程小桐

校审：谢懿

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