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新儀器首次直接發(fā)現(xiàn)最輕系外行星

科學(xué)家迄今為止已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了約2 000顆太陽系外行星，但其中只有10顆系外行星能夠直接被觀測到，這是因為與其環(huán)繞的明亮母星相比，這些行星未免太過昏暗。如今，一個設(shè)計用來直接成像的儀器找到了自己的第一顆新的系外行星——一顆位于波江星座的100光年之外的與木星類似的天體。

這是迄今為止直接成像的最模糊、質(zhì)量最小的系外行星，并且是第一顆顯示大氣中富含甲烷的系外行星，類似于太陽系中的巨行星。雙子座行星成像儀(GPI)項目負(fù)責(zé)人、取得這一發(fā)現(xiàn)的美國加利福尼亞州帕洛阿爾托市斯坦福大學(xué)物理學(xué)家Bruce Macintosh表示：“這個光譜看起來真像一顆行星?！?/p>

這顆名為51 Eri b的行星相當(dāng)年輕——大約只有2 000萬年。其質(zhì)量約為木星的2倍，其軌道與母星的距離大約是木星距離太陽的2倍。

研究人員在2015年8月13日的美國《科學(xué)》雜志網(wǎng)絡(luò)版上報告了這一發(fā)現(xiàn)。

據(jù)Macintosh介紹，天文學(xué)家曾期待在與木星類似的巨大系外行星光譜中發(fā)現(xiàn)甲烷存在的有力證據(jù)，但迄今為止只探測到了微量的痕跡。Macintosh說，其他許多直接成像的行星的光譜與那些小而低溫的恒星類似，而51 Eri b卻顯示出了水蒸氣與甲烷的強(qiáng)烈信號。

加利福尼亞州山景城美國宇航局艾姆斯研究中心天體物理學(xué)家、GPI團(tuán)隊成員Mark Marley指出：“由于51 Eri b的大氣富含甲烷，這意味著這顆行星正處在成為我們熟悉的木星的表親的過程中。”Macintosh對此表示贊同，他說：“這真的是迄今為止直接成像的最像木星的天體了?！?/p>

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無論是導(dǎo)致母星擺動還是所謂的凌日現(xiàn)象，至今幾乎所有的系外行星都是通過間接手段被發(fā)現(xiàn)的。這些技術(shù)能夠讓天文學(xué)家了解一顆系外行星的質(zhì)量或大小，但卻無法搞清后者是什么樣子的。把一顆行星的光分解為光譜能夠揭示其大氣的化學(xué)構(gòu)成。然而直接捕捉這樣的光線就如同在一條探照燈光束的附近尋找一只螢火蟲。目前的天文望遠(yuǎn)鏡并不具有這樣的分辨率，除非在一些特殊情況下，即恒星是昏暗的而行星是明亮的且在一條寬闊的軌道上運行。

51 Eri b是旨在增加直接觀測數(shù)量的新一代儀器所發(fā)現(xiàn)的第一顆未知系外行星。這些儀器是附屬于一些世界上最大地基望遠(yuǎn)鏡上的復(fù)雜的光學(xué)“盒子”。GPI便被安裝在位于智利Cerro Pachon的8 m雙子座南方望遠(yuǎn)鏡上。

這種設(shè)備利用一個日冕儀——一個遮擋來自母星光線的“面具”——及其他復(fù)雜的光學(xué)設(shè)備以消除日冕儀邊緣衍射的雜散光。他們還采用了極端的自適應(yīng)光學(xué)以及時補償?shù)厍虼髿鈱ο低庑行枪饩€的扭曲。

盡管復(fù)雜的直接成像依然非常困難，以至于天文學(xué)家只能夠觀測到那些年輕、炙熱并能夠發(fā)射紅外線的大型系外行星——通常具有木星規(guī)模甚至更大。但這樣的行星對于天文學(xué)家嘗試摸清行星如何從周圍年輕恒星的碎片及氣體盤中形成是有價值的。最好的例證就是天文學(xué)家能用它來研究太陽系當(dāng)時的行星形成情況——這已經(jīng)是幾十億年前的事情了。觀測處于演化不同階段的年輕系外行星將幫助研究人員對不同的行星形成模型進(jìn)行評估。

GPI項目科學(xué)家、加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的James Graham指出，51 Eri b的溫度大約有650 K，“恰恰是我們設(shè)計GPI時期待發(fā)現(xiàn)的系統(tǒng)”。

馬薩諸塞州劍橋市麻省理工學(xué)院行星科學(xué)家Sara Seager表示：“這么快就看到GPI找到了感興趣的東西真太棒了。希望這只是一長串直接成像研究成果的開端。”

[關(guān)毅 編譯]