超热系外行星空气中的汽化金属

行星大气的顶部被加热到2500摄氏度的高温，其温度足以使某些金属沸腾。

由伯尔尼大学和日内瓦大学研究行星国家能力中心领导的国际研究团队研究了超热系外行星WASP-121b的大气。在其中，他们发现了许多气态金属。结果是寻找潜在宜居世界的下一步。

WASP-121b是一颗系外行星，位于距地球850光年的位置，并在不到两天的时间内绕恒星运行-这个过程需要一年的时间才能完成。WASP-121b距离它的恒星非常近，比地球离太阳的距离近40倍。如此近的距离也是其大约2500至3,000摄氏度的极高温度的主要原因。这使它成为学习更多有关超高温世界的理想研究对象。

由伯恩和日内瓦大学国家研究行星能力国家中心的研究的第一作者兼博士后研究员Jens Hoeijmakers领导的研究人员检查了高分辨率HARPS光谱仪收集的数据。他们能够证明在WASP-121b的大气层中总共存在至少七种气态金属。该结果最近发表在《天文学与天体物理学》杂志上。

系外行星WASP-121b发生了意外的事情

自发现以来，WASP-121b已被广泛研究。“早期的研究表明，大气层中正在发生很多事情，” Jens Hoeijmakers解释说。尽管天文学家已经认为超热行星的大气非常简单，因为在这种炽烈的热量中不会形成许多复杂的化学化合物，所以这是事实。那么WASP-121b是如何具有这种意想不到的复杂性的呢？

Hoeijmakers说：“以前的研究试图用对我来说似乎并不合理的理论来解释这些复杂的观察结果。”研究怀疑，含有相对稀有金属钒的分子是WASP-121b中复杂气氛的主要原因。但是，根据Hoeijmakers的说法，只有在大气中缺少一种较常见的金属钛时，这才有意义。因此，Hoeijmakers及其同事着手寻找另一种解释。“但是事实证明他们是对的，” Hoeijmakers毫不含糊地承认。“令我惊讶的是，我们实际上在观察中发现了钒的强烈信号。”但是，与此同时，钛却不见了。这反过来又证实了Hoeijmakers的假设。

汽化金属

但是该团队做出了其他意外的发现。除了钒以外，他们还在WASP-121b大气中发现了六种其他金属：铁，铬，钙，钠，镁和镍。Hoeijmakers解释说：“由于WASP-121b上普遍存在的高温，所有金属都蒸发了，因此确保了系外行星上的空气除其他外还包括蒸发的金属”。

系外行星研究的新纪元

如此详尽的结果使研究人员可以得出有关在此类行星上发生的化学过程的结论。在不久的将来，这将是一项至关重要的技能，届时将开发出更大，更灵敏的望远镜和光谱仪。这些将使天文学家能够研究类似于地球的较小，较冷的岩石行星的性质。Hoeijmakers说：“利用我们今天使用的相同技术，我们不仅可以检测气态铁或钒的特征，还可以专注于生物特征，生命特征，例如水，氧气和甲烷的特征。”

关于WASP-121b大气的广泛知识不仅证实了系外行星的超热特征，而且还强调了这一事实，正如Hoeijmakers所言：研究人员解释说：“经过多年的目录分类，现在我们不再只是进行测量了，但是我们真的开始了解仪器数据向我们展示了什么。行星如何相似且彼此不同。也许以同样的方式，查尔斯·达尔文（Charles Darwin）在描述了无数动物物种之后就开始发展进化论，我们开始更多地了解这些系外行星是如何形成的以及它们是如何工作的。”

参考：“用过境光谱法（HEARTS）解析的热系外行星大气-IV。由HJ Hoeijmakers，JV Seidel，L。Pino，D.Kitzmann，JP Sindel，D.Ehrenreich，AV Oza，V.Bourrier，R所著的WASP-121 b“高分辨率透射光谱中的原子和分子的光谱清单阿勒特（Allart），盖贝克（A. Gebek），洛维斯（C. Lovis），SN尤里坚科（SN Yurchenko），阿斯图迪洛-德夫鲁（N. Astudillo-Defru），拜勒斯（D.Bayliss），塞格拉（H.Cegla），拉维（Lavie），伦德（L.Lindl），梅洛（C.Melo），穆加斯（V. Pepe，D.Ségransan，S.Udry，A.Wyttenbach和K.Heng，2020年9月18日，.DOI：
10.1051/0004-6361/202038365

使用HARPS光谱仪进行系外行星研究

HARPS光谱仪能够以惊人的精度检测来自遥远行星的微弱光线。延斯·霍伊梅克（Jens Hoeijmakers）解释说：“系外行星大气中的原子每个吸收恒星的一部分光。因此，每个原子都具有吸收其颜色的几乎唯一的指纹”。可以使用诸如HARPS之类的灵敏光谱仪来测量这些指纹，并且即使它们相距许多光年，也可以从它们推导出系外行星大气的化学成分。

HARPS光谱仪是由日内瓦天文台领导的财团开发的，该财团还包括上普罗旺斯天文台，伯尔尼大学物理研究所和巴黎埃罗诺米服务局。