系外行星大气层里都有啥？科学家用什么方法来探测它？

“打一开始，我们就知道，这颗行星将会成为一颗宇宙明珠。”西班牙加泰罗尼亚太空研究所的天体物理学家Juan Carlos Morales在描述一颗系外行星时这样说。

“它围绕着旁边的明亮恒星公转，而且会从地球方向的视野前经过。”他继续说，“我们已经尽力以最高的精确度去探测它的一些属性，并且准备好进一步探测更多信息了。在我们了解系外行星大气层的结构及演化历程的道路上，它将成为我们进步的天梯。”

他所说的这颗行星，名字叫做Gliese 486 B，被认为是迄今为止适合我们探测系外行星大气层的目标之一。这得益于三个重要的优势：

1. 距离地球非常近：仅有26光年，是宇宙中距离地球最近的系外行星之一；
2. 会上演凌日现象：也就是运行到宿主恒星和地球之间，给科学家提供了用光谱法分析大气成分的可能；
3. 温度适宜：合适的温度也是分析大气成分的重要探测条件。

那么，为何Gliese 486 B能够集这三大优势于一身呢？科学家是如何发现它这三大优势的呢？

系外行星数据探测

迄今为止，科学家们已经在宇宙中发现了超过4000颗系外行星。这些系外行星最近的距离我们大约4.22光年，远的甚至在数千光年甚至上万光年以外。即便是其中最近的，也远远超出了供我们直接观测的范围，更不用说近距离探测了。因此，如何在没有办法直接观测的情况下了解这些系外行星的一些重要信息，就成为了一个难题。

即便如此，我们仍然可以通过一些间接的方法来了解它们的质量、半径、公转周期等数据，这些方法我们此前也都介绍过。比如Gliese 486 B，科学家们已经探测到它的直径大约是地球的1.3倍，而质量则是地球的2.8倍，这意味着它的密度要比地球大，应该更加富含金属元素。

而根据它凌日的频率，就能算出它的公转周期以及它与宿主恒星之间的距离。科学家指出：它的公转周期非常短，只有1.5天，说明它与宿主恒星非常近。

同时，我们还可以探测到它宿主恒星的一些信息。观测结果表明，Gliese 486是一颗红矮星，是宇宙中最小的一种恒星，比太阳更小、温度更低。通过这颗恒星的温度、亮度以及Gliese 486 B的轨道，科学家们也可以推测出这颗行星表面大概的温度范围。

绝佳的温度

科学家推测，Gliese 486 B的表面温度大约有430℃。不论是这种酷热的气候还是体积、质量，它都和太阳系最热的行星——金星差不多，我们也可以戏称它为超级金星。在这个温度下，它的表面将会非常恐怖，熔岩会像河流一样四处流淌，仿佛地狱一般。

对于想要生存的生命来说，这里的确是地狱。但对于身处地球的科学家们来说，它反而具有重要的研究价值。这个温度正好是科学家们探测其大气成分的最佳范围，因此也就让它成为了科学们重点研究的目标。

Trifonov向我们解释道：“如果它的温度比现在低100℃，那么对于接下来的观测将会带来困难；反之，如果它比现在热100℃，则它的表面将会布满熔岩，并且汽化的岩石也会充斥在大气层中，也无法告诉我们其原本的大气层情况。”

因此，Gliese 486 B的温度可以说是不多不少，恰好处在一个完美的范围内，这将非常有利于我们对它大气层的观测。

系外行星大气层

那么，科学家到底该如何研究它的大气层呢？

当行星发生凌日现象时，也就是它运行到宿主恒星和地球之间时，恒星的光会经过它的大气层再射到地球上，被科学家观测到。如果它的大气层内有某些特定的化学元素的话，那么宿主恒星的光在经过它的大气层时会有特定波长的光被吸收，其余部分正常通过，然后射入人类的望远镜。

然后，科学家们会对这样的光谱进行分析，看看其中缺少哪些波长，就可以推测大气层中含有哪些元素了。

说起来简单，检测起来，则是非常困难的。首先，这就要求这颗行星必须有凌日的情况出现，否则我们根本没机会检测光谱。而Gliese 486 B不仅满足这个条件，而且公转周期仅有1.5天，因此每隔1.5天科学家就有一次观测光谱的机会。同时，通过多次观测结果相叠加，可以加强光谱信号，更加便于科学家们的分析。

其次，也是众所周知的，那就是需要目标天体和我们近一点，再近一点。这也可以让我们获得更好的观测效果。

接下来就是刚才提到的温度了，Gliese 486 B拥有着几乎完美的表面温度，使它处于最好的观测状态。综合这些因素，Gliese 486 B的确是研究系外行星大气层的绝佳对象。

未来的研究

不过，这里还有一个问题：如果它没有大气层呢？

我们知道，并非所有的行星都有大气层。尤其是距离宿主恒星太近的行星，承受的辐射也更强，大气也更蓬松，很有可能就会失去大气层，就像水星这样。

即便如此，Gliese 486 B也仍然具有很高的观测价值，这可以帮助我们理解一颗过于接近宿主恒星的岩石行星如何保存或失去自己的大气层。

目前，科学家们已经在利用欧洲的CARMENES和MAROON-X仪器对它进行观测，同时NASA的凌日外行星勘测卫星（TESS）也提供了大量的观测数据。今年年底，NASA预计将发射著名的詹姆斯·韦伯太空望远镜，它将拥有更加强大的观测能力，对于我们了解这颗行星也将非常有利。

在人类能够实现星际航行之前，这样的研究方法将是最有效的方法。也许在未来的某一天，即使不用飞到那里，我们也能了解这些系外行星的表面环境。