畫家對KELT-9 b的想象圖，橙色的球體(ti) 圍繞著一顆藍色恒星運行。 圖源：作者Léa Changeat提供

直到21世紀初，我們(men) 所知的行星都位於(yu) 我們(men) 的周圍——太陽係。它們(men) 大致分為(wei) 兩(liang) 類：位於(yu) 太陽係內(nei) 部的小型岩石行星和位於(yu) 太陽係外部的寒冷氣態行星。隨著係外行星的發現，即圍繞除太陽以外的恒星運行的行星，又發現了其他種類的行星，一幅新的畫麵開始浮現。我們(men) 的太陽係絕不是最典型的星係。

例如，開普勒任務的數據顯示，大型氣態係外行星不像太陽係行星那樣離恒星很遠，它們(men) 的運行軌道可以離恒星很近，這導致它們(men) 的溫度超過1000K（727°C）。這些係外行星被稱為(wei) “熱”或“超熱”木星。盡管大多數係外行星都比較小，大小介於(yu) 海王星和地球之間，但我們(men) 對它們(men) 的組成知之甚少。

但是，熾熱的氣態行星是如何在離恒星如此近的地方形成和存在的呢？這裏發生了什麽(me) 樣的極端物理過程？這些問題的答案對我們(men) 理解係外行星和太陽係行星有很大的影響。在我們(men) 發表在《天體(ti) 物理學雜誌通訊》上的研究中，我們(men) 為(wei) 行星的形成和演化之謎增添了新的線索。

Kelt-9 b

目前已知最熱的係外行星是2016年發現的Kelt-9 b。Kelt-9 b繞著一顆溫度是太陽兩(liang) 倍的恒星運行，兩(liang) 者的距離是水星與(yu) 太陽距離的十倍。它是一顆巨大的氣態係外行星，半徑是木星的1.8倍，溫度達到5000K。這比宇宙中80%的恒星都要熱，溫度與(yu) 太陽接近。

KELT-9 / HD 195689的位置——非常接近天鵝座中的Cygnus。 圖片來源：由CARTES DU CEIL / JAMIE CARTER提供

本質上，熱木星是了解極端物理和化學過程的窗口。它們(men) 提供了一個(ge) 絕佳的機會(hui) ，可以在地球上幾乎不可能複製的環境中研究物理。研究它們(men) 可以加深我們(men) 對化學和熱過程、大氣動力學和雲(yun) 形成的理解。了解它們(men) 的起源也可以幫助我們(men) 改進行星的形成和演化模型。

我們(men) 仍在努力探尋行星是如何形成的，以及水等元素是如何進入我們(men) 的太陽係的。為(wei) 了找到答案，我們(men) 需要通過觀察它們(men) 的大氣層來了解更多關(guan) 於(yu) 係外行星的組成。

大氣的觀測

研究係外行星大氣主要有兩(liang) 種方法。在淩日法中，我們(men) 可以捕捉到當這顆係外行星從(cong) 其主恒星前麵經過時穿過其大氣層的恒星光，從(cong) 而揭示出那裏存在的任何化學元素的痕跡。

研究行星的另一種方法是在“掩星”期間，當它從(cong) 其主恒星後麵經過時。行星也發出並反射一小部分光，因此，通過比較隱藏和可見的行星總光的微小變化，我們(men) 可以提取來自行星的光。

這兩(liang) 種類型的觀測都是在不同的波長或顏色下進行的，而且由於(yu) 化學元素和化合物吸收和發射的波長都是非常特定的，因此可以產(chan) 生一個(ge) 光譜(按照波長分解光)來推斷行星大氣的組成。

Kelt-9 b的秘密

在我們(men) 的研究中，我們(men) 使用了由哈勃太空望遠鏡獲取的公開數據，來獲得這顆行星的掩星光譜。

然後，我們(men) 使用開源軟件提取分子的存在，發現有大量的金屬(由分子組成)。這一發現很有趣，因為(wei) 之前人們(men) 認為(wei) 這些分子在如此極端的溫度下不會(hui) 存在——它們(men) 會(hui) 分解成更小的化合物。

由於(yu) 受到來自其主恒星的強大引力，Kelt-9b被“潮汐鎖定”，這意味著行星的同一麵永遠麵對著恒星。這就導致了行星白晝麵和夜晚麵溫差很大。由於(yu) 掩星法觀測的是更熱的白晝麵，我們(men) 認為(wei) 觀測到的分子實際上可能被來自較冷區域（如夜晚麵）或行星內(nei) 部較深區域，通過動力過程轉移而來。這些觀測結果表明，這些極端世界的大氣是由複雜的過程所控製的，而我們(men) 對此知之甚少。

畫家對繞其母星運行的Kelt-9 b的想象圖。 圖片來源：NASA/JPL-Caltech

Kelt-9b很有趣，因為(wei) 它的傾(qing) 斜軌道約為(wei) 80度，這意味著其過去可能遭遇過撞擊。事實上，這種現象也存在於(yu) 這類行星的其它許多成員中。這顆行星很可能是在遠離母星的地方形成的，當它向恒星內(nei) 部遷移時發生了碰撞。這支持了這樣一種理論，即大行星傾(qing) 向於(yu) 在原行星盤中遠離其主恒星形成——其產(chan) 生太陽係——在它們(men) 向恒星遷移時捕獲氣體(ti) 和固體(ti) 物質。

但我們(men) 不知道其發生的細節。因此，描述這些天體(ti) 的特征對於(yu) 確認各種情況和更好地理解它們(men) 的曆史是至關(guan) 重要的。

未來任務

哈勃太空望遠鏡等天文台並不是設計來研究係外行星大氣。下一代太空望遠鏡，例如James Webb太空望遠鏡和Ariel任務，將具有專(zhuan) 為(wei) 嚴(yan) 格觀測係外行星大氣而量身定製的更好的功能和儀(yi) 器。它們(men) 將使我們(men) 能夠解答關(guan) 於(yu) 極熱木星行星類的許多基本問題，但並不僅(jin) 限於(yu) 此。

新一代的望遠鏡還將探測小行星的大氣層，這是目前儀(yi) 器難以到達的一類。尤其是預計於(yu) 2029年發射的Ariel，它將觀測大約1000顆係外行星，以解決(jue) 係外行星科學中的一些最基本的問題。

Ariel還將是第一個(ge) 深入研究這些星球大氣層細節的太空任務。它最終會(hui) 告訴我們(men) 這些係外行星是由什麽(me) 組成的以及它們(men) 是如何形成和演化的。這將是一場真正的革命。

撰文：Quentin Changeat，倫(lun) 敦大學學院天文學博士後研究員；Billy Edwards，倫(lun) 敦大學學院天文學研究員。

翻譯：楊小莉

審校：王藝靜

引進來源：theconversation

引進鏈接：https://theconversation.com/how-can-some-planets-be-hotter-than-stars-weve-started-to-unravel-the-mystery-156427