哈勃望远镜首测系外行星自转周期:10小时转一圈

内容来源：中国科技论文在线

这是一张艺术示意图，展示了一颗质量大约为木星4倍的系外行星，它和一颗距离它大约80亿公里的褐矮星(右上方远处明亮的星球)共同组成一个“双星系统”。该系统距离地球大约170光年，从这里看去，我们的太阳只是一颗毫不起眼的微小光点

新浪科技讯 北京时间2月24日消息，据美国宇航局官方网站报道，借助哈勃空间望远镜对其大气亮度变化的观测，天文学家们首次对一颗遥远的系外行星自转速度进行了测定。这是人类首次借助直接成像方式获得一颗大质量系外行星的自转速度数据。

美国亚利桑那大学图森分校的丹尼尔·阿帕尔(Daniel Apai)是这项研究的第一作者。他表示：“相关结果令人振奋。它给了我们一项特殊的技术，能够用于对系外行星大气的观测并测定其自转速率。”

这颗系外行星编号为2M1207b，其质量约为木星质量的4倍左右，这样大小的系外行星一般会被归入一类被称作“超级木星”(super-Jupiter)的类别。它是一颗褐矮星的伴星，编号为2M1207，后者是一种失败的恒星，其质量远超行星范畴，但仍然不足以点燃内部核聚变成为真正的恒星，因而在某种程度上属于两者之间的过度类型。系外行星2M1207b与这颗褐矮星之间的距离约为50亿英里(约合80.46亿公里)。相比之下，木星和太阳之间的距离约为5亿英里(约合8.46亿公里)。这一系统距离地球大约170光年。

哈勃空间望远镜所能提供的高稳定性、高分辨率以及高对比度成像能力让科学家们能够精确测定这颗系外行星在自转过程中其表面发生的亮度变化。研究人员将这种观测到的亮度变化归因为该巨型行星大气中复杂的云层模式。最新的哈勃观测结果不仅证明了遥远的系外行星大气中存在云层这一事实，同时也表明这样的云层是破碎的和无色的。

天文学家大约从10年前开始使用哈勃空间望远镜对这一大质量系外行星开展观测。观测结果显示这颗系外行星的大气非常高温，足以形成硅酸盐组成的“积雨云”——也就是在极端高温下地表的硅酸盐岩石被蒸发，形成的类似于香烟烟气的那种细微颗粒云。在这些硅酸盐云团内部深处，液态的金属铁“雨滴”形成并落下，产生“降雨”，但刚落下没多久，还没接触到地面就会由于极端高温被再次蒸发。

根据这项研究的第一作者，亚利桑那大学的周一帆(音译：Yifan Zhou)总结道：“所以差不多可以说，在高空它下的是玻璃雨，而在较低的高度上，它下的是铁雨。这颗行星的大气温度大致在2200~2600华氏度之间(约合1200~1400摄氏度)。”

类似这样的“超级木星”大气温度通常都极高，因此它们在红外波段的亮度是最高的。天文学家于是便利用哈勃空间望远镜搭载的广角相机3号，在红外波段对这颗系外行星的云系覆盖情况进行观测并试图据此测定其自转速率。这颗行星非常高温，因为其形成至今仅有大约1000万年的时间，目前仍在经历收缩和降温的过程之中。而相比之下，木星和整个太阳系的年龄已经超过了45亿年。

不过，这颗行星并无法长期保持这样的超级高温环境。在接下来的数十亿年内，它将逐渐降温，相应的它在红外波段的亮度也将最终暗淡下来。随着温度的下降，其大气中的硅酸盐和铁构成的云层和雨滴也将在越来越低的大气高度上形成并最终变得无法从地球上进行观测。

根据相关观测结果，周和他的团队测定这颗系外行星的自转周期大约是10小时左右，这一自转速度和木星的自转速度接近。

相比它的褐矮星伴星，这颗超级木星的质量只比对方小了大约5~7倍。而相比之下，木星的质量仅有太阳的1/1000。因此，周一帆表示：“这是一项很好的证据，表明我们所研究的2M1207系统的形成历史可能与我们的太阳系不同。”

所有太阳系的行星都形成于太阳系早期曾经存在的一个吸积盘结构。但超级木星和它的伴星则可能形成于两个不同的独立吸积盘。

丹尼尔·阿帕尔表示：“我们的研究表明，借助哈勃空间望远镜以及美国宇航局后续的詹姆斯·韦伯空间望远镜，我们将有能力绘制系外行星的云层分布图。”的确，此次观测的这颗超级木星将成为詹姆斯·韦伯空间望远镜未来观测的理想目标，后者是一台主要工作在红外线波段的大型空间天文台，预计将于2018年发射升空。韦伯望远镜将帮助天文学家们更好地确定系外行星大气成分并根据其表面亮度变化推断其详细的云层分布。而此次哈勃望远镜的观测案例则为这一技术提供了很好的展示。