哈勃观测用于回答系外行星的关键问题

　　美国航天局／欧空局哈勃太空望远镜对25颗热木星的档案观测已经由一个国际天文学家小组进行了分析，使他们能够回答对我们了解系外行星大气层十分重要的五个未决问题。在其他发现中，研究小组发现，最热的系外行星大气中金属氧化物和氢化物的存在与大气的热倒置明显相关。
　　领域系外行星科学早已将注意力从探测转移到表征上[1]尽管描述仍然极具挑战性。到目前为止，大多数关于特征化的研究都指向建模，或者集中于一个或几个系外行星的研究。这项由伦敦大学学院（UCL）的研究人员领导的新工作，使用了迄今为止在一次系外行星大气调查中检查过的最大数量的档案数据来分析25颗系外行星的大气。大部分数据来自NASA／ESA哈勃太空望远镜的观测。主要作者昆汀·昌格特解释说：＂哈勃望远镜对25颗系外行星进行了深入的描述，而我们所了解到的有关它们的化学和形成的大量信息－－多亏了10年的紧张观测活动－－令人难以置信
　　科学小组试图找到关于系外行星大气层的五个悬而未决的问题的答案－－他们成功地实现了一个雄心勃勃的目标。他们的问题探究了什么－[2]以及某些金属[3]可以告诉我们系外行星大气的化学和循环，以及行星的形成。他们选择研究大范围的热木星[4]目的是确定其样本群体中的趋势，以便更广泛地了解系外行星大气层。该研究的共同负责人，伦敦大学学院的比利·爱德华兹和能源替代委员会说：＂我们的论文标志着该领域的一个转折点：我们现在正从单个系外行星大气的特征转向大气种群的特征。＂
　　为了研究25颗系外行星的样本，研究小组重新分析了大量的档案数据[5]包括600小时的哈勃观测，他们补充了超过400小时的斯皮策太空望远镜的观测。他们的数据包含了25颗系外行星的日食和其中17颗系外行星的凌日。从地球上看，当一颗系外行星从其恒星后面经过时，就会发生日食；当一颗行星从其恒星前面经过时，就会发生凌日。日食和凌日数据都能提供系外行星大气层的关键信息。
　　大规模的调查产生了结果，研究小组能够确定一些明确的趋势，以及系外行星的大气构成和观测行为之间的相互关系。他们的一些重要发现与是否存在热倒置有关[6]在他们系外行星样本的大气中。他们发现，几乎所有具有热倒置大气层的系外行星都非常热，温度超过2000开尔文。重要的是，温度足够高，金属氧化物TiO（氧化钛）、VO（氧化钒）和FeH（氢化铁）在大气中稳定。在显示热反转的系外行星中，几乎所有的行星的大气中都含有h－、TiO、VO或FeH。
　　从这些结果中得出推论总是具有挑战性的，因为相关性不一定等于因果关系。然而，研究小组能够提出一个令人信服的论据，解释为什么h－、tio、VO或FeH的存在可能导致热反转，即所有这些金属物种都是恒星光的有效吸收体。可能系外行星大气的温度足以维持这些物种的生存，这是因为它们吸收了太多的恒星光，以至于上层大气温度更高。相反，研究小组还发现，较冷的热木星（温度低于2000开尔文，因此大气中没有h－、tio、VO或FeH）几乎从来没有热倒置的大气。
　　这项研究的一个重要方面是，研究小组能够使用大量系外行星样本和极其大量的数据来确定趋势，这些数据可用于预测其他系外行星的行为。这是非常有用的，因为它提供了行星如何形成的洞察，也因为它让其他天文学家更有效地计划未来的观测。相反，如果一篇论文对单个系外行星进行了非常详细的研究，尽管这很有价值，但要从中推断出趋势就困难得多。对系外行星种群的进一步了解也可以使我们更接近于解决太阳系的未解之谜。正如Changeat所说：＂许多问题，如地球上的水的起源，月球的形成，地球和火星的不同演化历史，仍然没有解决，尽管我们有能力获得现场测量。大型系外行星种群研究，例如我们在这里介绍的研究，旨在了解这些一般过程。＂