超級地球的大氣層之謎即將揭開
探索矮星旁的“超級地球”
天文學家在鄰近的一個恒星周圍發(fā)現(xiàn)了一顆超級“地球”，它為我們提供了機會去觀測其大氣的組成。這是一件令人驚奇的重要發(fā)現(xiàn)。
圖解：一顆巨行星正圍繞著一顆紅矮星公轉。圖源： ESO
這顆恒星名為格利澤486 (Gliese 486)，是一顆黯淡的紅矮星，質量較小，距離地球27光年。從星系尺度上來說這個距離對于我們已經(jīng)十分接近了，因為僅有200顆恒星在此距離范圍內(nèi)。格利澤486大約是太陽質量和直徑的三分之一，明亮程度僅為太陽的百分之一。即使它是距離我們最近的恒星之一，但它的黯淡使我們?nèi)匀恍枰柚h鏡才能一睹它的真容。
天文學家從2016起對其進行了為期五年的觀測，使用的是Calar Alto 高分辨率搜索 M 型主序星與近紅外和光學階梯光譜儀 (Calar Alto high-Resolution search for M dwarfs with Exo-earths with Near-infrared and optical Echelle Spectrographs，CARMENES) 這是一個觀測附近紅矮星（也被天文學家稱為M型主序星）的項目，同時也用于觀測圍繞此類天體公轉的、地球大小的行星。
圖解：兩個不同質量的物體繞對方運行時，大質量物質的軌道為一個較小的圓周，而小質量物質的軌道為一個較大的圓周。圖源：NASA/Spaceplace
如果一顆恒星有一顆行星圍繞其公轉，它們會同時繞兩者質心運轉。當其軌道為一個圓周時，一半的時間里它朝向地球運動，而另一半時間則遠離地球運動，所以我們看到它所發(fā)出的光具有周期性的多普勒頻移。由于紅矮星的質量較小，所以行星的引力會產(chǎn)生更大的作用，導致它們的這一現(xiàn)象更為顯著。
天文學家發(fā)現(xiàn)這一恒星會以1.467天經(jīng)歷一次周期頻移，這揭示出它的行星在近軌運行。他們還發(fā)現(xiàn)這顆行星質量是地球質量的2.8倍，且繞恒星的軌道半徑僅為260萬千米。這樣近的距離只是月地距離的六倍而已！
讓人感到興奮的是，這顆行星也“穿過”紅矮星，每運行一周都會在它的前方直接經(jīng)過一次，擋住了紅矮星的部分光芒，這讓我們測算出了它的大小，大約為地球直徑的1.3倍。
得到這顆行星的體積與質量之后，我們就能得到最為重要的密度，約為7克每立方厘米。這非常重要因為密度告訴了我們行星的大致組成。一個氣態(tài)巨行星，如木星，密度約為1克每立方厘米。一顆海洋行星（估計了其含有的巖石核或金屬核）密度大約為2至3克每立方厘米。地球大多數(shù)為巖石與金屬，密度約為5.5克每立方厘米。所以這顆被命名為格利澤486b (Gliese 486b) 的行星，略比地球致密一些。
那些大致為兩倍地球體積的行星被稱為“超級地球”，而這顆格利澤481b正好處在這一類別之中。
圖解：質量-半徑圖顯示已知在0.5倍到2倍地球大小的行星質量分布。密度更大的行星分布在靠近圖的底端。（紅線顯示鐵核行星，藍線顯示海洋行星）格利澤486b處在與金星和地球同一根線上，反映出它們有著相似的組成。圖源: Science
即使這樣，它也并不是一顆類地行星。這顆中心紅矮星相比于太陽可能較為黯淡，溫度也更低，但是260萬千米的距離使繞它公轉的格利澤486b上的人感覺自己的腦袋被塞進了烤爐，或是窯爐：星球上的表面溫度高達430攝氏度（800華氏度），與金星上的溫度大致相同。這個溫度不足以使它擁有一個足以熔化金屬的表面，但也不是一個你可以隨意漫步的地方。
同時也有好消息傳來：我們目前還沒有完全了解這顆“超級地球”的大氣，但是它為我們提供了機會去弄清真相。當它發(fā)生“凌日”現(xiàn)象時，部分光線會在到底地球的路上穿越行星大氣層。大氣中的分子和原子吸收特定波長的光線（特定色光），這使我們能夠識別出它。另外，這顆星球足夠熾熱以至于其中的一些分子會發(fā)光，釋放特定波長的光波。
圖解：炙熱的超級地球的地表. 圖源：MPIA
這些發(fā)出的光大多數(shù)處在紅外波段，這對我們目前所做的觀測造成了一些困難。然而，計劃在2021年末發(fā)射升空的詹姆斯韋伯空間望遠鏡(the James Webb Space Telescope, JWST*)恰好能夠解決這樣的觀測難題。這顆紅矮星相對來說更加明亮，因此我們可能很快就能對“超級地球”的大氣層進行細致的觀察。希望今后想這樣的行星會稱為JWST觀測的首要目標。
這篇論文中有一個我們以前從未見過的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。在距離太陽10秒差距（32.6光年）的范圍內(nèi)有357顆主序星，它們的核心將氫融合成氦，就如同我們太陽。（該數(shù)字截至 2018 年是準確的，但不太可能發(fā)生太大變化）。它們其中283顆為M型紅矮星，這占到了總體的80%！在這些恒星中我們已知40個系統(tǒng)，包含了80顆恒星。（許多恒星有多于一個已知行星圍繞其運行）
在這80顆恒星里，有50顆行星繞30顆紅矮星公轉。換句話說，環(huán)顧地球周圍，有許多行星圍繞紅矮星運行，當然也有許多紅矮星吸引著多顆行星。這可能就是我們星系中的普遍現(xiàn)象。
很明顯，如果你想尋找大量的行星，紅矮星是一個不錯的選擇。這一新的探索揭示了這一點，并且告訴了我們?nèi)匀挥懈鄧@在紅矮星周圍的星球我們可以去發(fā)掘。
BY: syfy
FY: CybertronYhs
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參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學名詞
3.原文來自：https://www.syfy.com/syfy-wire/new-nearby-super-earth-gliese-486b
本文由天文志愿文章組- CybertronYhs翻譯自文章作者syfy的作品，如有相關內(nèi)容侵權，請在作品發(fā)布后聯(lián)系作者刪除。
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