天文学家已经找到了研究另一个世界大气层的完美系外行星

据悉，凌日系外行星勘测卫星（TESS）发现了一颗新行星，这颗亚海王星系外行星的发现让科学家们对大气层感到异常兴奋。这颗行星的大小、厚厚的大气层以及它围绕一颗靠近地球的M级小恒星运行的轨道，这些因素结合在一起，为研究人员提供了一个绝佳机会来更多地了解系外行星的大气层。随着我们发现系外行星的能力越来越强，那么，研究它们的大气层就是从整体上理解它们的重要的下一步。

目前，我们所有的系外行星探测策略都存在观测偏差。这似乎是无法避免的。即使是凌日系外行星勘测卫星（TESS），这是我们现有最熟练的行星发现者，也存在观测偏差。它的前身开普勒偏向于更大的行星，而TESS没有这种倾向。但TESS由于其运作方式仍然存在盲点。

事实上，没有一架望远镜可以同时观察所有的地方，TESS也不例外。它主要以28天为一个时间段来观察天空。因此，它将在28天内专注于一个领域。要被确认为系外行星，在这个观察区域里，一个物体必须在这28天内两次从其恒星前面经过。所有这一切的最终结果是，TESS发现的大多数行星的轨道周期都不到14天。

上图：凌日系外行星的大部分观测都是在28天内完成的，如图所示。

但是这颗名为“TOI-1231 b”的新行星有24天的轨道周期。 这使它成为研究系外行星大气层的重要目标，因为它在恒星前面的时间更长，更容易研究。 天文爱好者们都知道，研究与事物相互作用的光是我们获得大部分关于空间的知识的方式。 TESS本身不会研究这个星球。 詹姆斯韦伯太空望远镜 (JWST) 等其他任务，将通过观察穿过行星大气层的星光来解决这个问题。

由于相对于其他凌日系外行星来说，TOI-1231 b在其恒星前花费了大量时间，所以像JWST这样的任务将会对它有更好的观察。

但这颗行星成为理想目标并不仅仅是因为它的轨道周期。它的大小相对于它的恒星也有帮助。由于这颗恒星非常小，这颗行星挡住了它更多的光，而不是像地球和太阳那样的行星和恒星。从某种意义上说，这在恒星表面产生了更大的阴影，使M矮星周围的行星更容易检测到，也更容易研究。

概述 “TOI 1321-b” 被发现的论文的标题是“TOI-1231 b：一颗经过附近M3矮星NLTT 24399 的温和、海王星大小的行星”。 主要作者是美国宇航局喷气推进实验室科学家詹妮弗·伯特。 该论文将发表在《天体物理学杂志》上。

詹妮弗·伯特表示：“与来自世界各地的优秀天文学家合作，我们能够收集必要的数据来描述主恒星，并测量行星的半径和质量。反过来，这些值让我们可以计算这颗行星的体积密度，并假设这颗行星是由什么组成的。TOI 1321-b在大小和密度上与海王星非常相似，所以我们认为它也有同样大的气态大气层。”

上图：发现toi - 1321b的团队说，这颗行星与海王星相似，可能有类似的气体大气层。

这颗新行星的半径大约是地球的3.65倍。它的公转周期为24.26天，质量约为地球质量的15.5倍。它环绕的恒星是船帆座中一颗距地球90光年的M矮星。

这颗行星离它的恒星比地球离太阳更近。 但是 1321b 的温度大致相同，因为它的恒星比太阳冷得多。 较低的温度也使其成为使用 JWST 和其他望远镜进一步研究的理想对象。 它的平衡温度只有大约330开尔文，使其成为可用于大气研究的最冷的小行星之一。 相比之下，地球的平均温度约为288开尔文，而超热木星的昼面温度可高达2700K，甚至比许多恒星都要热。

主持研究的科学家说：“TOI-1231b是我们所知的仅有的几颗大小和温度范围相似的行星之一，所以未来对这颗新行星的观测，将让我们确定在这些温带星球周围形成水云的普遍程度（或罕见程度）。”

上图：这张图像显示了一些温度低于 1000 开尔文的小型系外行星的透射光谱度量 (TSM) 值。 四个带有黑色圆圈和标签的填充行星已经与哈勃进行了后续研究。 TOI-1231 b 是下一个，它为科学家提供了另一个机会来研究小型、较冷行星的大气。 横轴显示行星轨道上恒星的 J 星等。

除了作为目标的可取性外，它还具有很高的系统径向速度。天文学家们对此也特别兴奋，因为，它可能会让人们观察到低速氢原子从大气层中逃逸出来。TOI-1231b的特征和与其恒星的关系，与另一颗名为gj-436的恒星及其行星gj-436b相似。gj-436b以其大气逃逸而闻名，因此天文学家认为这颗新发现的系外行星也会经历大气逃逸，尽管逃逸的速度要比gj-436b低得多。氢最有可能是逃逸的罪魁祸首，但由于星际气体的存在，很难看到它的存在。但是TOI-1232b正在以非常快的速度离开地球，使得氢气更加清晰可见。

参与该研究的另一位科学家表示：“TOI-1231 b 的低密度表明它被一种坚实的大气所包围，而不是一颗岩石行星。 但是这种大气的成分和范围是不知道的。TOI-1231 b 可能有一个很大的氢或氢-氦大气层，或者一个密度更大的水蒸气大气层。每一个都指向一个不同的起源，例如，每一个都指向不同的起源，这使得天文学家能够理解，例如，与太阳周围的行星相比，M矮星周围的行星是否和如何形成。我们即将进行的HST观测将开始回答这些问题，而JWST有望对这颗行星的大气进行更彻底的观察。”

尽管JWST太空望远镜即将发射，但它还需要一段时间才能将传感器对准这颗新发现的系外行星。但是，哈勃已经准备好了。事实上，研究团队正在计划本月晚些时候观察TOI-1231 b。

上图：2020年6月的詹姆斯·韦伯太空望远镜。现在，我们被告知它很快就会发射。

所有这些系外行星的发现，都向我们展示了其他太阳系中存在的种类繁多的行星。至少与地球相比，那里有一些非常奇怪的行星。但是，这一颗比我们发现的所有热木星更像地球，虽然它仍然不同，但它至少可以教给我们一些关于我们自己的太阳系和居住在那里的行星的知识。

最后，科学家表示：“过去二十年系外行星科学最有趣的结果之一是，到目前为止，我们发现的新行星系统中没有一个看起来像我们自己的太阳系。 它们充满了地球和海王星大小的行星，它们的轨道比水星的轨道短得多，所以我们没有任何当地的例子来比较它们。 我们发现的这颗新行星仍然很奇怪 —— 但它离有点像我们附近的行星又近了一步。 与迄今为止探测到的大多数凌日行星相比，它们的温度通常高达数百或数千度，而TOI-1231 b 确实非常寒冷。”

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