8月17日消息，有史以來(lái)第一次，天文學(xué)家在太陽(yáng)系外的行星大氣層中發(fā)現(xiàn)了鐵和鈦。 這顆名為KELT-9b的系外行星是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最熱的外星世界，甚至比大多數(shù)恒星還要熱。

這顆酷熱的系外行星位于天鵝座，距離地球約620光年，被天文學(xué)家稱為“超熱木星”。 KELT-9b是一個(gè)巨大的氣態(tài)星球，就像我們太陽(yáng)系中最大的行星 - 木星。但它要大得多，質(zhì)量是木星質(zhì)量的三倍，直徑是木星直徑的兩倍，而且它的軌道非常接近它的熱母星KELT-9。

“超熱木星”是一個(gè)非官方的術(shù)語(yǔ)，指溫度超過(guò)3100華氏度(1700攝氏度)的熱木星系外行星。參與這項(xiàng)研究的瑞士伯爾尼大學(xué)天體物理學(xué)家凱文?亨（Kevin Heng）講到，這些行星“非常熱，以至于他們與恒星有一些相似之處，雖然它們是行星”。 KELT-9b的溫度可達(dá)7,800華氏度（4,300攝氏度）。

這種破紀(jì)錄的高溫使天文學(xué)家能夠探測(cè)KELT-9b大氣中的鐵和鈦。長(zhǎng)期以來(lái)，研究人員一直懷疑這些元素存在于一些系外行星上――鐵是宇宙中最豐富的元素之一――但在較冷的環(huán)境中很難探測(cè)到它們，因?yàn)檫@些原子大多“被困在其他分子中”，亨說(shuō)。 然而，KELT-9b非常熱，云層不會(huì)在大氣層中凝結(jié)，允許鐵和其他金屬的單個(gè)原子獨(dú)立存在。

鈦曾在一顆系外行星的大氣層中被發(fā)現(xiàn)過(guò)――但不是以原子的形式。2017年9月，使用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的天文學(xué)家宣布他們?cè)诿麨镵epler-13A的系外行星的大氣層中發(fā)現(xiàn)了二氧化鈦（由一個(gè)鈦原子和兩個(gè)氧原子組成的分子）。

天文學(xué)家可以通過(guò)觀察來(lái)自太空物體的光譜來(lái)探測(cè)不同的元素。 由于這顆系外行星并不發(fā)出自己的光，因此亨和他的研究小組研究了在凌日過(guò)程中收集的望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)。

很方便的是，在亨和他的合著者決定著手這項(xiàng)研究之前，這些數(shù)據(jù)就已經(jīng)存在了。他在日內(nèi)瓦大學(xué)的同事們利用光譜數(shù)據(jù)在KELT-9b大氣中尋找氫之后，“他們實(shí)際上把這些數(shù)據(jù)保存在抽屜里，因?yàn)闆](méi)有理由去尋找鐵或鈦，” 亨說(shuō)，“然后，幾個(gè)月前，我們做了一項(xiàng)理論研究，預(yù)測(cè)那里會(huì)有鐵和鈦，這使我們開(kāi)始展開(kāi)搜索?！?

利用來(lái)自西班牙拉帕爾馬伽利略國(guó)家望遠(yuǎn)鏡的一年前的數(shù)據(jù)，研究人員開(kāi)始在持續(xù)時(shí)間超過(guò)4小時(shí)的凌日過(guò)程中尋找KELT-9b大氣光譜中的金屬元素跡象。這些數(shù)據(jù)是用一種叫做HARPS的光譜儀采集的，HARPS是一種高精度徑向速度行星探測(cè)器。

“當(dāng)你把光分成光譜時(shí)，不同的原子或分子都有一個(gè)獨(dú)特的‘指紋’，”亨說(shuō)，“只要有足夠的分辨率，足夠好的數(shù)據(jù)，每個(gè)分子都有一個(gè)獨(dú)特的指紋?！痹谧匀浑s志網(wǎng)站上的一篇博客文章中，亨和他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)懷疑KELT-9b大氣中存在鐵和鈦的指紋，要找到這些元素的指紋需要“高性能計(jì)算技術(shù)的結(jié)合、光譜數(shù)據(jù)庫(kù)的精心管理以及對(duì)細(xì)節(jié)的細(xì)致關(guān)注”。

亨的團(tuán)隊(duì)向伯爾尼大學(xué)的天體物理學(xué)家西蒙?格林（Simon Grimm）尋求幫助，“他是原子和分子不透明度計(jì)算方面的專家?！焙嘣诓┛臀恼轮袑?xiě)道，“這些不透明度物的計(jì)算并不容易，因?yàn)槲覀冃枰u(píng)估數(shù)百萬(wàn)至數(shù)十億條譜線的強(qiáng)度和形狀?！?/p>

之前研究KELT-9b大氣中氫的時(shí)候能夠發(fā)現(xiàn)光譜中有很強(qiáng)的氫吸收譜線，而不需要像亨和他的團(tuán)隊(duì)那樣做更復(fù)雜的相互關(guān)系分析來(lái)發(fā)現(xiàn)鐵和鈦。為尋找氫而收集數(shù)據(jù)的天文學(xué)家缺乏對(duì)鐵等金屬進(jìn)行認(rèn)真研究的理論動(dòng)機(jī)。

7月2日發(fā)表在《自然天文學(xué)》雜志上的另一項(xiàng)研究表明，氫實(shí)際上是從KELT-9b的大氣中“蒸騰”出來(lái)的，并被吸入了這顆行星的母恒星。馬普天文研究所的天文學(xué)家、這項(xiàng)研究的第一作者費(fèi)燕（Fei Yan）在電子郵件中寫(xiě)道：“有可能重金屬元素可能也在逃逸，因?yàn)閯×业臍涮右菘梢詫⒅卦亍巴稀钡酱髿鈱又??！?/p>

雖然KELT-9b大氣中的鐵和鈦是一個(gè)巨大的發(fā)現(xiàn)，但亨補(bǔ)充道：“技術(shù)本身也非常令人興奮”。 “這與我們將用于檢測(cè)生物學(xué)特征或生物印記的技術(shù)相同，”亨說(shuō)。“在地球上，我們認(rèn)為它是氧和一些其他模糊的分子，但我們不知道一般的生物印記是什么。如果你知道它們是什么，那你就可以使用完全相同的技術(shù)在較冷、較小的行星中檢測(cè)這些分子“。

天文學(xué)家不太可能在這個(gè)地獄般的星球上找到任何生命跡象，但亨和他的團(tuán)隊(duì)在KELT-9b的光譜中找到了一些其他有趣的元素。亨說(shuō)道：“我現(xiàn)在還不想透露太多，但我們已經(jīng)找到了其他金屬。我們也在努力讓哈勃太空望遠(yuǎn)鏡有時(shí)間去尋找水。我們目標(biāo)是最終探明該星球具有的所有元素”。 哈勃還將能夠提供有關(guān)KELT-9b天氣的一些信息。 他說(shuō)：“這個(gè)星球上應(yīng)該會(huì)有暴風(fēng)雨吧?！?/p>

（馬克克）