“超級(jí)泡芙”聽(tīng)起來(lái)可能像是一種新的早餐麥片，但它實(shí)際上是一類獨(dú)特而罕見(jiàn)年輕系外行星的代名詞，這些行星的密度像棉花糖一樣，但在我們的太陽(yáng)系中不存在這樣的天體。

來(lái)自美國(guó)宇航局哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的新數(shù)據(jù)，為開(kāi)普勒51系統(tǒng)中兩顆“超級(jí)泡芙”膨脹行星的化學(xué)提供了第一批線索。早在2012年，NASA開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了這個(gè)系外行星系統(tǒng)，它實(shí)際上擁有三個(gè)圍繞著一顆年輕類似太陽(yáng)的恒星運(yùn)行。

然而，令許多人驚訝的是，直到2014年才確定了這些行星的低密度。哈勃望遠(yuǎn)鏡的新觀測(cè)，使一組天文學(xué)家得以改進(jìn)這些星球的質(zhì)量和大小估計(jì)，獨(dú)立地證實(shí)了它們的“膨脹”性質(zhì)。雖然它們的質(zhì)量不超過(guò)地球幾倍，但它們的氫/氦大氣層非常膨脹，幾乎有木星那么大。換句話說(shuō)，這些行星看起來(lái)可能和木星一樣大和笨重，但質(zhì)量大約輕一百倍目前尚不清楚它們的大氣層是如何以及為什么向外膨脹，但這一特征使“超級(jí)泡芙”成為大氣研究的首要目標(biāo)。

使用哈勃望遠(yuǎn)鏡，研究小組尋找開(kāi)普勒-51b和51d行星大氣中成分的證據(jù)，尤其是水。哈勃望遠(yuǎn)鏡在行星經(jīng)過(guò)恒星前面時(shí)觀察了它們，目的是觀察它們?nèi)章涞募t外顏色。天文學(xué)家推斷出大氣在紅外線中吸收的光量，這種類型的觀測(cè)，使科學(xué)家能夠?qū)ふ倚行腔瘜W(xué)成分(如水)的跡象。令哈勃團(tuán)隊(duì)驚訝的是，發(fā)現(xiàn)這兩顆行星的光譜沒(méi)有任何可以說(shuō)明問(wèn)題的化學(xué)特征。研究團(tuán)隊(duì)，將這一結(jié)果歸因于大氣中高處的粒子云。

科羅拉多大學(xué)博爾德分校的杰西卡·利比-羅伯茨說(shuō)：這完全出乎意料，我們?cè)居?jì)劃觀察大型吸水地貌，但它們就是沒(méi)有。然而，與地球上的水云不同，這些行星上的云可能由鹽晶體或光化學(xué)煙霧組成，就像在土星最大衛(wèi)星土衛(wèi)六上發(fā)現(xiàn)的那樣。這些云層為研究小組提供了洞察開(kāi)普勒-51b和51d如何與太陽(yáng)系外其他低質(zhì)量、富含氣體行星相提并論的洞察。當(dāng)將“超級(jí)泡芙”行星的平坦光譜與其他行星光譜進(jìn)行比較時(shí)：

研究小組能夠支持這樣的假設(shè)，即云/霾的形成與行星溫度有關(guān)，行星越冷，它變得越多云。研究小組還探索了這些行星實(shí)際上根本不是“超級(jí)泡芙”行星的可能性。行星之間的引力對(duì)軌道周期造成了輕微的變化，從這些時(shí)間效應(yīng)可以得出行星的質(zhì)量。通過(guò)將行星經(jīng)過(guò)其恒星前面的時(shí)間變化（稱為凌日事件）與開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的凌日時(shí)間變化相結(jié)合，研究小組更好地確定了行星質(zhì)量和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)，結(jié)果與之前對(duì)開(kāi)普勒-51b的測(cè)量結(jié)果一致。

然而，發(fā)現(xiàn)開(kāi)普勒-51d質(zhì)量比之前認(rèn)為的略?。ɑ蛘哒f(shuō)行星比之前認(rèn)為的更蓬松）。最后，研究小組得出結(jié)論：這些行星低密度在一定程度上是該系統(tǒng)年齡較小的結(jié)果，與我們46億歲的太陽(yáng)相比，這個(gè)年齡只有5億年。模型表明，這些行星是在恒星的“雪線”之外形成，“雪線”是冰物質(zhì)可以存在的可能軌道區(qū)域。然后，行星向內(nèi)遷移，就像一連串的火車車廂?，F(xiàn)在，隨著行星離恒星越來(lái)越近，它們的低密度大氣應(yīng)該會(huì)在接下來(lái)的數(shù)十億年內(nèi)蒸發(fā)到太空中。

使用行星演化模型，研究小組能夠證明，開(kāi)普勒-51b，離恒星最接近的行星，有一天(10億年后)看起來(lái)會(huì)像海王星的一個(gè)更小、更熱版本，海王星是一種在銀河系相當(dāng)常見(jiàn)的行星。然而，看起來(lái)距離恒星較遠(yuǎn)的開(kāi)普勒-51d，將繼續(xù)是一顆低密度的古怪行星，盡管它會(huì)收縮并失去一些少量的大氣。這個(gè)系統(tǒng)為檢驗(yàn)早期行星演化理論提供了一個(gè)獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)室。好消息是，在確定這兩個(gè)行星的大氣組成方面，并沒(méi)有失去一切。

美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)即將推出的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡對(duì)較長(zhǎng)紅外波長(zhǎng)的光很敏感，或許能夠透過(guò)云層進(jìn)行觀測(cè)。未來(lái)用這架新望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的觀測(cè)，可能會(huì)提供關(guān)于這些“棉花糖”行星實(shí)際上是由什么組成的洞察，在那之前，這些行星仍然是一個(gè)甜蜜的謎。

博科園｜研究/來(lái)自：歐洲航天局/哈勃信息中心

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