热木星（hot Jupiter）是一种系外气体巨行星，质量与木星相当甚至超过木星，其与该星系恒星的距离非常近。此前观测发现，热木星的大气中经常存在水蒸气和一氧化碳。热木星HD 209458b是一颗围绕着飞马座星系的恒星HD 209458运行的系外气态巨行星，轨道半径约为0.047个天 单位，相当于水星轨道半径的八分之一，它的质量是木星的0.69倍，体积是木星的2.5倍左右（图1），自转周期3.5天。HD 209458b是一颗被研究的相对比较充分的热木星（平衡温度大约1500 K），此前已经在其大气中发现了水蒸气（H2O）、一氧化碳（CO）和氰化氢（HCN）。
凌星光谱观测是探测系外行星大气的重要手段。当系外行星围绕其母星运行至朝向地球的一面时，称为凌星现象。在凌星期间，恒星的光先穿过行星大气再传播到地球。其间，行星的大气成分会对恒星的光进行吸收，从而在特定的波长处留下吸收特征，形成吸收线，通过这些特定波长处的吸收特征就可以识别行星大气的化学成分。
GIANO-B是在西班牙拉帕尔马（La Palma）的3.58米伽利略国家望远镜上安装的高分辨率近红外光谱仪，2017年10月开始向学界提供科学观测数据。GIANO-B单次曝光能够获得近红外0.9-2.45μm光谱范围内的高分辨率光谱，光谱分辨率R =50000，如此宽的波段范围和高光谱分辨率对探测多种分子类型非常关键，因为不同分子的不透明度随波长变化很大。Giacobbe et al. (2021)利用GIANO-B光谱仪对热木星HD 209458b进行了4次凌星观测（2018年7月7日， 2018年8月29日，2019年8月27日和2019年9月3日），通过对这4次凌星观测的光谱数据的细致分析，首次在热木星HD 209458b大气中同时探测到六种分子：H2O, HCN, C2H2, CO, NH3和 CH4。
图2 地球光谱和H2O, HCN, NH3, C2H2, CO, CH4的理论透射光谱（Giacobbe et al., 2021）。彩色区域标示用来做互相关的光谱，灰色区域标示由于光谱校准和/或波长校准程序失败而被排除
图3 HD 209458b大气分子探测的显著性（Giacobbe et al., 2021）
Giacobbe et al. (2021) 基于对HD 209458b的四次凌星观测，首次同时探测到其大气中的六种分子：水(H2O)，一氧化碳(CO)，氰化氢(HCN)，甲烷(CH4)，氨(NH3)和乙炔(C2H2)，均具有较高的检测显著性。在此之前还从未在一颗系外行星上同时探测到如此多的分子，这为我们更精细地约束系外行星化学成分提供了可能性。
基于所探测到的六种化学成分的约束，通过对热平衡和非热平衡、有无气溶胶、不同金属丰度和不同碳氧比相互组合的不同大气模型的测试，发现HD 209458b大气是热化学平衡的、含有气溶胶的、金属丰度约为太阳的0.1-10倍、碳氧比接近或大于1（高于太阳值，0.55）。根据现有基于大气化学的行星形成和迁移模型，表明HD 209458b形成于远离其目前位置的地方，随后向内迁移。根据这一结果，其他热木星也可能存在有更丰富的化学成分，这将对热木星具有类太阳和富氧成分的假说受到挑战。
主要参考 献
Giacobbe P, Brogi M, Gandhi S, et al. Five carbon-and nitrogen-bearing species in a hot giant planet’s atmosphere[J]. Nature, 2021, 592(7853): 205-208.（原 链接）
（撰稿：林红磊，闫丽梅，范开，赵勇/地星室）
美编：傅士旭
声明：本站部分 章内容系出于传递信息之目的源自于第三方 站转载，行业企业、终端用户投稿。若对稿件内容有任何疑问或质疑，请立即与本 站联系，本 站将迅速给予回应并第一时间做出处理（联系邮箱：jinwei@zod.com.cn）。