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科学家首次在太阳系外探测到水汽云团:距地球仅7.2光年
2016-07-26

新浪科技讯 北京时间7月18日消息,据英国《每日邮报》报道,这是天文学史上最不同寻常的发现之一:在2014年被首次发现的褐矮星WISE 0855是迄今为止天文学家们在太阳系之外发现的最寒冷的天体。然而这颗距离地球大约7.2光年之外的天体带给天文学家们意外还远未结束。借助最强大的地基望远镜,科学家们在红外波段取得了另外一项令人兴奋的发现:这颗星球上存在由水汽或冰晶构成的云。

一个由美国加州大学圣克鲁兹分校的天文学家们领衔的研究团队利用位于夏威夷的北双子望远镜成功获得了WISE 0855的红外波段光谱数据,从而首次揭示了这一天体的化学成分信息。

其中尤其引人注意的发现便是这颗天体大气中显示明显的水的成分,这是人类首次在太阳系之外探测到由水或水冰组成的云团。

加州大学圣克鲁兹分校天文学与天体物理学副教授安德鲁·斯基默(Andrew Skemer)表示:“我们预期像这样一个如此低温的天体上应该会存在含水分的云团,而观测结果证实了这一点。”

这项研究的相关论文即将在《天体物理学报》上刊出,文中指出褐矮星的环境条件与木星类似。WISE 0855的质量大约是木星的5倍左右,它在很多方面都和木星相当类似。比如它的大气温度大约是华氏零下10度(约合-23℃),这使其温度几乎与木星一样冷。

斯基默表示:“WISE 0855是我们首次有机会对一颗位于太阳系之外,且温度几乎与太阳系内的气态巨行星一样低的行星质量天体开展研究。”

此前在2014年发表的一项针对褐矮星的研究中,曾经在基于非常有限的测光数据的基础上提出了这类天体大气中可能存在含水云团的初步猜测。目前,采用光谱分析手段是科学家们了解一颗遥远天体大气中分子化学成分的唯一手段。

WISE 0855太过暗弱,对于传统光谱观测手段而言是束手无策的,不管是在可见光波段还是近红外波段都是这样。但斯基默指出,这颗天体深层大气产生的热辐射在大约5微米波段提供了一个狭窄的观测窗口,使得这一波段的光谱观测“极具挑战但却并非完全不可能”。

研究组使用位于夏威夷的北双子望远镜以及配套的“双子近红外光谱仪”对WISE 0855进行了13个晚上的观测,总观测时间大约14个小时。斯基默指出:“在所有地基望远镜开展的光谱观测中,该天体在这一波段比任何其他天体都要暗5倍以上。但既然我们现在已经获得了它的光谱数据,我们便能够开始判断它的很多性质。我们的光谱数据显示WISE 0855上存在大量水汽和云层,整体而言与木星非常相似。”  

 研究人员计算了在-23摄氏度条件下褐矮星的大气模型并计算了在不同条件下的光谱特征,其中就包括了有云层和没有云层的不同模型。

模型计算预测该类天体应当会显示含水汽成分云团的光谱特征,而对于WISE 0855的光谱数据而言,云层覆盖的模型对其拟合度是最好的。

将褐矮星与木星进行对比,研究组发现两者的光谱中,水吸收特征谱线存在惊人地相似性。而比较明显的区别之一则是两者大气中磷化氢含量的差异,光谱数据显示木星上这种化学物质的丰度要高得多。

磷化氢形成于行星高温的内部并会通过化学反应形成存在于大气更外侧区域的其他化合物,因此其在光谱中的存在是木星大气剧烈翻滚湍流的证据。而相比之下,WISE 0855的光谱数据中则缺乏磷化氢信号,显示其大气湍动没有木星大气那么剧烈。

斯基默表示:“这些光谱数据让我们得以对一颗天体的动力学与化学成分进行调查,这种调查在木星上早已经开展,但这次我们研究的是一个位于太阳系之外的世界。”


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