天文學家已經找到了研究另一個世界大氣層的完美系外行星

據悉，凌日系外行星勘測衞星（TESS）發現了一顆新行星，這顆亞海王星系外行星的發現讓科學家們對大氣層感到異常興奮。這顆行星的大小、厚厚的大氣層以及它圍繞一顆靠近地球的M級小恆星運行的軌道，這些因素結合在一起，為研究人員提供了一個絕佳機會來更多地瞭解系外行星的大氣層。隨着我們發現系外行星的能力越來越強，那麼，研究它們的大氣層就是從整體上理解它們的重要的下一步。

目前，我們所有的系外行星探測策略都存在觀測偏差。這似乎是無法避免的。即使是凌日系外行星勘測衞星（TESS），這是我們現有最熟練的行星發現者，也存在觀測偏差。它的前身開普勒偏向於更大的行星，而TESS沒有這種傾向。但TESS由於其運作方式仍然存在盲點。

事實上，沒有一架望遠鏡可以同時觀察所有的地方，TESS也不例外。它主要以28天為一個時間段來觀察天空。因此，它將在28天內專注於一個領域。要被確認為系外行星，在這個觀察區域裏，一個物體必須在這28天內兩次從其恆星前面經過。所有這一切的最終結果是，TESS發現的大多數行星的軌道週期都不到14天。

上圖：凌日系外行星的大部分觀測都是在28天內完成的，如圖所示。

但是這顆名為“TOI-1231 b”的新行星有24天的軌道週期。 這使它成為研究系外行星大氣層的重要目標，因為它在恆星前面的時間更長，更容易研究。 天文愛好者們都知道，研究與事物相互作用的光是我們獲得大部分關於空間的知識的方式。 TESS本身不會研究這個星球。 詹姆斯韋伯太空望遠鏡 (JWST) 等其他任務，將通過觀察穿過行星大氣層的星光來解決這個問題。

由於相對於其他凌日系外行星來説，TOI-1231 b在其恆星前花費了大量時間，所以像JWST這樣的任務將會對它有更好的觀察。

但這顆行星成為理想目標並不僅僅是因為它的軌道週期。它的大小相對於它的恆星也有幫助。由於這顆恆星非常小，這顆行星擋住了它更多的光，而不是像地球和太陽那樣的行星和恆星。從某種意義上説，這在恆星表面產生了更大的陰影，使M矮星周圍的行星更容易檢測到，也更容易研究。

概述 “TOI 1321-b” 被發現的論文的標題是“TOI-1231 b：一顆經過附近M3矮星NLTT 24399 的温和、海王星大小的行星”。 主要作者是美國宇航局噴氣推進實驗室科學家詹妮弗·伯特。 該論文將發表在《天體物理學雜誌》上。

詹妮弗·伯特表示：“與來自世界各地的優秀天文學家合作，我們能夠收集必要的數據來描述主恆星，並測量行星的半徑和質量。反過來，這些值讓我們可以計算這顆行星的體積密度，並假設這顆行星是由什麼組成的。TOI 1321-b在大小和密度上與海王星非常相似，所以我們認為它也有同樣大的氣態大氣層。”

上圖：發現toi - 1321b的團隊説，這顆行星與海王星相似，可能有類似的氣體大氣層。

這顆新行星的半徑大約是地球的3.65倍。它的公轉週期為24.26天，質量約為地球質量的15.5倍。它環繞的恆星是船帆座中一顆距地球90光年的M矮星。

這顆行星離它的恆星比地球離太陽更近。 但是 1321b 的温度大致相同，因為它的恆星比太陽冷得多。 較低的温度也使其成為使用 JWST 和其他望遠鏡進一步研究的理想對象。 它的平衡温度只有大約330開爾文，使其成為可用於大氣研究的最冷的小行星之一。 相比之下，地球的平均温度約為288開爾文，而超熱木星的晝面温度可高達2700K，甚至比許多恆星都要熱。

主持研究的科學家説：“TOI-1231b是我們所知的僅有的幾顆大小和温度範圍相似的行星之一，所以未來對這顆新行星的觀測，將讓我們確定在這些温帶星球周圍形成水雲的普遍程度（或罕見程度）。”

上圖：這張圖像顯示了一些温度低於 1000 開爾文的小型系外行星的透射光譜度量 (TSM) 值。 四個帶有黑色圓圈和標籤的填充行星已經與哈勃進行了後續研究。 TOI-1231 b 是下一個，它為科學家提供了另一個機會來研究小型、較冷行星的大氣。 橫軸顯示行星軌道上恆星的 J 星等。

除了作為目標的可取性外，它還具有很高的系統徑向速度。天文學家們對此也特別興奮，因為，它可能會讓人們觀察到低速氫原子從大氣層中逃逸出來。TOI-1231b的特徵和與其恆星的關係，與另一顆名為gj-436的恆星及其行星gj-436b相似。gj-436b以其大氣逃逸而聞名，因此天文學家認為這顆新發現的系外行星也會經歷大氣逃逸，儘管逃逸的速度要比gj-436b低得多。氫最有可能是逃逸的罪魁禍首，但由於星際氣體的存在，很難看到它的存在。但是TOI-1232b正在以非常快的速度離開地球，使得氫氣更加清晰可見。

參與該研究的另一位科學家表示：“TOI-1231 b 的低密度表明它被一種堅實的大氣所包圍，而不是一顆岩石行星。 但是這種大氣的成分和範圍是不知道的。TOI-1231 b 可能有一個很大的氫或氫-氦大氣層，或者一個密度更大的水蒸氣大氣層。每一個都指向一個不同的起源，例如，每一個都指向不同的起源，這使得天文學家能夠理解，例如，與太陽周圍的行星相比，M矮星周圍的行星是否和如何形成。我們即將進行的HST觀測將開始回答這些問題，而JWST有望對這顆行星的大氣進行更徹底的觀察。”

儘管JWST太空望遠鏡即將發射，但它還需要一段時間才能將傳感器對準這顆新發現的系外行星。但是，哈勃已經準備好了。事實上，研究團隊正在計劃本月晚些時候觀察TOI-1231 b。

上圖：2020年6月的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡。現在，我們被告知它很快就會發射。

所有這些系外行星的發現，都向我們展示了其他太陽系中存在的種類繁多的行星。至少與地球相比，那裏有一些非常奇怪的行星。但是，這一顆比我們發現的所有熱木星更像地球，雖然它仍然不同，但它至少可以教給我們一些關於我們自己的太陽系和居住在那裏的行星的知識。

最後，科學家表示：“過去二十年系外行星科學最有趣的結果之一是，到目前為止，我們發現的新行星系統中沒有一個看起來像我們自己的太陽系。 它們充滿了地球和海王星大小的行星，它們的軌道比水星的軌道短得多，所以我們沒有任何當地的例子來比較它們。 我們發現的這顆新行星仍然很奇怪 —— 但它離有點像我們附近的行星又近了一步。 與迄今為止探測到的大多數凌日行星相比，它們的温度通常高達數百或數千度，而TOI-1231 b 確實非常寒冷。”

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