天文小科普热木星是什么？它和我们的木星有何区别？

　　艺术家对热木星的概念是在一个紧凑的轨道围绕它的恒星。但是现在科学家们公开了一份新的热木星指南。
　　热木星指南
　　这个月天文学家们声称这里有全新工具帮助科学家们研究热木星。他们称之为这是热木星的＂野外指南＂。目前我们已知的4000多颗系外行星--在银河系中围绕着遥远恒星的行星中--有几百颗是热木星。
　　经过同行审议的《自然》杂志发表了这项研究。亚利桑那大学的天文学家梅根·麦斯菲尔德（Megan Mansfield）领导了这个研究小组。
　　什么是热木星？
　　当你想象炽热的木星系外行星时，你可以想到大质量和短轨道周期。我们一般认为这些小行星在物理上与太阳系最大的行星--木星相似。我们的木星质量比太阳系所有的其他行星加起来还要大，相当于地球质量的300倍。太阳系外，在银河里围绕恒星运行的一颗遥远热木星的质量大约是一颗木星的三分之一到十几倍。如果一个物体有更高的质量，那么他们内部的温度和压强会高到足以能够引起氘聚变。这样的物体将不会再被称为行星，而是褐矮星。
　　热木星还有一个特征是围绕恒星的轨道周期很短。我们的木星是太阳系第五大行星，它在火星轨道之外，也在小行星带之外。木星绕太阳公转一周需要12个地球年。另一方面，热木星的轨道速度为1.3个地球日。另外，他们的范围可能超过了100个地球日。所以他们离恒星很近，这也是为什么他们这么热。
　　这项新的研究是第一次对热木星进行研究。以前的研究只是尝试将视角放在与木星的相似的行星上面，同时，哈勃望远镜也测量了这些炽热星球的发射光谱。这是关于这些世界其他重要的观点。我们不能真正的看到他们。当我们仰望这些恒星时，行星们便消失在恒星的光芒之中。大部分的热木星都在他们移动，穿越恒星做交叉时被发现的，这样会造成恒星的光芒变暗。就像麦斯菲尔德所说，这些系统、恒星和热木星们都太远所以我们不能区分单独的恒星和他的小行星。我们能够看到的只是一个点，这两个光源的结合。
　　所以测量热木星的光谱本身就是一个壮举。这对于想要研究这些星球的天文学家来说是一个重要的工具。他们是如何完成的呢？研究者们用了一种称为二次日食的技术--这颗行星不是从它的恒星前面而是后面飞过--这样能够对大气观察更加深入，以及对他们的结构和化学成分了解的更多。在二次日食技术里，天文学家们重复观察行星围绕其恒星的轨道上的不同位置。就像麦斯菲尔德解释：我们基本上测量来自行星和他的恒星的结合光，并将此结果与我们观察行星藏在恒星后面的情况进行比对。这可以让我们减去恒星的贡献，隔离出行星发出的光，尽管我们并不能直接看到他们。
　　84个不同颜色和纹理的行星标注了其温度和元素成分。这张2016年的插图显示了在白天飞过的高温木星，其温度和组成可能会发生变化。正如你所见，它们都是不同的。
　　日食的数据提供了关于热木星的线索
　　研究者们想要更好的了解热木星上的大气热结构。最终，二次日食技术为我们提供了数据，让研究者们建立了每个行星的温度和压力的单独剖面。
　　另外，我们也分析了一种近红外光--一种可以帮助我们展示行星大气中吸收率情况的红外光。实际上这项研究类似我们的指纹研究，因为每一个原子或分子都有其独特的配置。起初，通过观察不同的波长，研究人员们可以确定每一颗行星的大气组成成分，麦斯菲尔德认为：在某种程度上，我们利用分子来扫描热木星的大气成分，使用我们观察到的光谱了解大气组成以及大气结构的信息。
　　一个微笑的戴着眼镜、有着一头黑色长发的女人在一个砖建成的建筑前。
　　梅根·麦斯菲尔德在亚利桑那大学为了这份全新的野外指南领导了这项研究
　　理论模型
　　对于热木星的分析不仅仅只是局限于日食带来的数据。研究者们还使用了被认为在行星大气中发生的物理进程的计算机模型。这些观测数据都被使用来进行比较。并且结果证明了，这些结果是接近的。总的来说，这份成功的结果说明了以前的关于行星的理论模型是正确的。
　　那结果是什么呢？研究结果表明，多数情况下，热木星是非常相似的。总的来说，他们基本上有相同的分子组合，比如水和一氧化碳，当然也有更少量的其他分子。唯一的明显的不同在于分子的相对数量不同。并且科学家们还发现热木星的大气吸水特征也略显不同。麦斯菲尔德认为：总的来说，研究结果表明我们很有可能研究弄清楚了这些行星上的化学变化。与此同时，每颗行星都有其单独的化学组成，并且会影响我们的观测结果。
　　奇异的火热世界
　　一般来说，热木星在某些方面和木星是相似的，但他们也是独特的外星行星。在太阳系里，我们没有任何大行星的轨道如此靠近太阳。但是在我们整个银河系里，这种情况又很常见。大概每十颗恒星里就有一颗热木星，并且大部分都被发现了，很大原因是比起岩石或气体行星，热木星更加容易被探测到。我们已知的热木星大小是在木星的三分之一到十倍之间（称为超级木星）
　　在黑色背景上，有明亮的云层和大气层中的条纹。这是对超级木星HD80606b的大气模拟。美国宇航局的皮斯策天文望远镜提供了模拟的数据支持。图片来源NASA/ JPL-Caltech/ The University of Arizona
　　热木星之所为如此不同是因为他的运行轨道非常靠近他们的恒星，一般比水星围绕太阳更近。实际上，热木星上的一年仅仅只有几天或者几个小时。
　　未来观测指南
　　在未来的岁月里，这份指南对新发现的热木星对研究有很大的价值。并且，即将于12月18日发射的詹姆斯·韦伯望远镜将会更近的观测热木星。麦斯菲尔德评价道：关于行星的形成我们还有很多不懂的地方，但是我们想要了解的其中一个途径就是观测这些热木星的大气以及他们是如何形成的。通过哈勃望远镜的数据，我们可以研究吸水率的趋势问题，但是当我们在讨论大气总组成的时候，我们也希望看到更多的分子，比如说一氧化碳和二氧化碳。在未来，詹姆斯·韦伯望远镜会给我们这样的机会去观测这些。
　　位于法国南希射电天文站的LOFAR (NenuFAR)新升级扩建项目将会帮助我们更近的观察热木星。它将通过研究他们的磁场来看到其内部。
　　大型卫星的无线电天线是由很多的黄金六边形组成的，并且漂浮在天空上。
　　詹姆斯·韦伯望远镜将会在12月18日发射，将会以更近的距离研究热木星。图源自NASA
　　对系外行星科学的启示
　　正如论文中指出，这些发现对系外行星科学也有总的意义：
　　除了验证我们的猜想，关于系外行星更加精确的成分组合将会帮助我们了解最近25年以来各类行星大气的形成以及发展历程。
　　最重要的是，天文学家们已经开发了热木星的系外行星指南，热木星是一种巨大的热行星，他的运行轨道十分接近他们的恒星。将哈勃望远镜的观测结果与理论模型结合大大的扩展了我们之前的研究。
　　BY: Paul Scott Anderson and Deborah Byrd
　　FY: 刘峻廷
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