行星GJ3470b的内部结构，光谱学揭示其化学指纹

　　作者：文/虞子期
　　在天文科学领域，科学家们在宇宙中的行星探索范围，早已扩大到太阳系以外，它们被称为系外行星。首次确认系外行星存在的时间，距今已有29年，而最难确认的信息，便是它们的性质和普遍程度。终于，通过NASA两架望远镜的通力合作，研究人员第一次确认了系外行星GJ 3470 b的化学＂指纹＂。虽然，在其他恒星的周围，这样的行星较为普遍的存在，但是，在我们的太阳系中，却并没有发现它们的身影。
　　行星GJ 3470 b以创纪录的速度蒸发
　　GJ 3470 b绕着一颗和地球相聚97光年的红矮星运行，距其母星大约600万公里（370万英里），相当于太阳系行星水星与太阳之间平均距离的十分之一左右。并且，该恒星喷射出的辐射正在快速地剥离GJ 3470 b的高层大气，因此，该行星可能无法长时间保持目前的大小。迄今为止，科学家们尚未发现其他行星出现这样巨大的质量损失，仅需要几十亿年的时间，星球质量的一半就可以消失掉。并且，这颗仅仅20亿年左右年龄的系外行星，可能已经以这样的方式损失了大约35％的质量。
　　约有木星大小的行星，大致相当于地球大小的行星，以及所谓的超级地球，科学家们根据它们的大小和与恒星之间的距离，绘制了系外行星，处于中间位置、接近它们恒星的＂海王星＂相对很小。通过热海王星的沙漠也可以表明，这样的外星世界是罕见的，又或者，它们一度充足，但后来消失了，这让我们看到了系外行星之谜。在过去十年左右的时间里，在太阳系外，天文学家发现了许多＂ 热木星 ＂、＂热地球＂和＂热超地球＂ ，分别紧密围绕轨道的气体巨星，但最令人惊讶的还是＂热海王星＂。
　　系外行星GJ 3470 b的理论内部结构
　　系外行星GJ 3470 b，也叫做Gliese 3470 b，其巨大的岩石核心，埋藏在一个深沉破碎充满氢和氦的气氛中。它的质量比地球更大，但又比海王星的质量（超过17个地球质量）更小，处于海王星和地球的质量之间，而在我们银河系中，80%的行星可能都属于这个质量范围内，但它又不同于太阳系中的任何行星。科学家们通过哈勃望远镜和斯皮策太空望远镜对GJ 3470 b进行了观测，并对其非常清晰的深层大气成分进行了化学分析，为这颗行星的起源提供了线索。
　　系外行星GJ 3470 b的理论内部结构正如下图所示，图片下部所显示的是很久以前该系统可能看到的磁盘。GJ 3470 b与距离太阳30亿英里的海王星有所不同，可能已形成非常接近其红矮星的干燥岩石物体。它通过自身的重力从周围的圆盘中获取氢气和氦气，然后形成厚厚的大气层。而这个磁盘消失的时间，大约是在数十亿年前，于是，这个星球也随之停止了继续增长。因为在我们的太阳系中，没有这样特殊的星球存在，所以它才如此引人注目。天文科学家们可以通过梳理GJ 3470 b大气的内容，发现了它的性质和起源相关的线索。
　　光谱学如何确认系外行星的化学指纹
　　从行星形成的角度而言，首次对GJ 3470 b大气进行的研究结果，算得上是一个重大的发现，这样一个独特世界的光谱特征，科学家们也是第一次拥有。GJ 3470 b直接穿过其母星的圆盘，该行星的轨道非常接近恒星，但又远低于木星，却依然成功地吸收了大部分未受污染的原始氢/氦气氛。通过测量行星在其恒星（过境）前面经过时，吸收了多少的星光，以及行星在恒星（日食）后面经过时，有多少反射光从星球消失了，太空望远镜观测到了12次过境和20次日食。 正是由于在行星GJ 3470 b上只有薄雾，气氛整体是清晰的，所以科学家才能够深入探测大气层，然后基于光分析该行星的化学指纹（光谱学）。
　　在分析结果出来之前，科学家们预估该行星应该富含氧气和碳元素等重元素，并形成丰富的甲烷气体和水蒸气，这样的大气氛围会和我们在海王星上看到的很相似。然而，科学家们却发现行星GJ 3470 b上的重元素含量非常少，它的主要成分反而和太阳类似，富含氢和氦。从之前科学家们发现的许多更大的系外行星来看，它们的轨道往往都特别靠近自己的母恒星，也被称作＂热木星＂。
　　研究人员甚至怀疑，这些木星一般大小的行星在各自的太阳系中形成的时间更久远，所以才会向自己的恒星迁移。但是，行星GJ 3470 b的情况却表现得有所不同，对于这样的现象有一个相对合理的解释： GJ 3470 b起源于一块异常干燥的岩石，当它＂出生＂以后，就不稳定地靠近它的红矮星，质量大约是太阳的一半。当其恒星处于年轻时期的时候，它会快速地从原始气体盘（原行星磁盘）中吸收氢气。简而言之，在行星仍处在增长的过程中，原行星气体盘以某种方式分散，所以永远地阻碍它的大小。对于该行星的更多疑惑，则需要更敏感的红外波探测器通过时间来解答。