科学家广泛对系外行星进行了探索 ， 有了很多的发现 。 先看几个数据：截止2017年8月1日 ， 天文学家已经从2,729个行星系统与612个多行星系统中确定了3,639颗系外行星 。 这些行星主要是由开普勒太空望远镜所发现；从2009年起 ， 总共发现5,017颗候选行星 ， 已经证实其中2,494颗行星的存在；其它的太空望远镜在这些探索与发现中也扮演着至关重要的角色 。
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哈勃太空望远镜（HST）就是其中之一 。 最近几年 ， HST已经专注于探索遥远行星的大气层 。 尤其是最近 ， HST用于一项特殊的勘测 ， 其目的就是为系外行星存在平流层展示最有力证据；此平流层环绕一颗距离地球900光年的气态巨行星 ， 是其大气层的一部分 ， 它的温度随高度增加而升高 。
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一篇题为《一颗超热气态巨系外行星拥有平流层》的研究最近发表在《自然》刊物上 。 由托马斯.伊万斯领导的英国埃克塞特大学天文物理的研究小组 ， 基于NASA哈勃太空望远镜的数据 ， 研究那颗称作WASP-121b的行星；这是一颗气态巨系外行星 ， 环绕一颗恒星运转 。
【木星|哈勃看到了！一整块平流层正在环绕着那颗“既烫又有水的木星”】
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行星的大气顶部受热达到炽热的2,500OC（4,600OF） ， 足以令某些金属蒸发 。 图片提供者：NASA、ESA、G.巴肯（STSci-美国太空望远镜科学研究所）
行星自身质量大约是木星的1.2倍 ， 半径大约是木星的1.9倍 ， 绕木星公转一圈用时1.3天 。 这种状况是因为它距离其母恒星比较近 ， 使之成为一颗特殊的“热木星” 。 实际上 ， 如果这颗系外行星再向它的母恒星靠近一些 ， 可以预测其母恒星WASP-121的重力会将其撕裂 。
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也正是由于距离其母恒星太近 ， 母恒星对行星的大气加热过度 ， 进而导致其温度高达2,500OC (4,600OF) 。 正如NASA阿姆斯研究中心的研究人员、同时也是论文的合作者马克.马来在NASA发表的言论 ， “这一结果令人振奋！温暖的平流层是太阳系中大部分大气层所拥有的共性 ， 如今在系外行星上也被发现 。 我们现在可以将系外行星大气的形成过程与太阳系中不同条件下的各自相同的形成过程做个对比 。 ”
尽管哈勃已经发现WASP-33b及其它热木星周围也可能有平流层的迹象 ， 而这一新的研究为这颗系外行星上平流层的存在呈现了最有力的证据 。 我们之所以这样说 ， 在于研究是基于哈勃对WASP-121b大气观测所获得的平流层数据 ， 数据表明那里有水蒸气的存在 ， 这也是所有热木星研究工作中首要考虑的 。
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正如论文的首席作者、埃克塞特大学研究人员汤姆.伊万斯解释的那样 ， 这些发现证实了天文学家曾经若干次的猜测 ， “理论模型预测：平流层或许能将超热行星予以分类 ， 同时提供其重要的大气物理及化学特性 。 我们的观测支持这一种说法 。 ”
为了研究WASP-121b的平流层 ， 研究小组依靠哈勃第三代广域照相机（WFC3）所收集的平流层数据 ， 分析了WASP-121b光变曲线所具有的不同波长；发现 ， 在某段特定波长 ， 所发出的光在红外区域更为明亮；并且得出结论：这是由于行星大气的顶层含有水蒸气所造成的 。
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NASA喷气推进研究室的一篇论文作者提夫尼.卡塔利亚表示 ， “能有水发出光意味着那里的温度随着高度的增加而升高；我们很兴奋 ， 期待着用将要获得的哈勃观测结果去探索这种发光现象到底可以在行星中存在到哪一高度上 。 ”
WASP-121b不仅验证了系外行星具有平流层 ， 它作为热木星而拥有如此高温也令人感兴趣 。 基于它们的数据 ， 研究团队认为 ， 大气中的温度随着大气的高度增加而上升 ， 这是平流层的固有特征 。 地球上的平流层的形成过程是受到臭氧层而形成的：臭氧层将太阳的紫外光捕获 ， 进而提高了周边分子的温度 。
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艺术家所绘“热木星”的系外行星的概念照片：一个巨大气体构成的系外行星近距离围绕其恒星公转 。 图片提供者：NASA/JPL-Caltech（美国加州理工学院）
然而 ， 地球上的平流层温度不超过270K（-3OC；26.6OF）；太阳系中其他拥有平流层的行星 ， 如土星的土卫六：这颗行星由于受到太阳的辐射、并与能量粒子及甲烷相互作用 ， 进而造成大气层温度上升 ， 只是温度变化不超过56OC（100OF）；但是WASP-121b的情况却是 ， 平流层的温度升高竟然达到560OC（1,000OF） 。
太阳系中最热的行星金星甚至也无法与之相比 。 作为地球的姊妹行星 ， 金星的温度基本保持稳定 ， 为735K（462OC ， 863OF） ， 这还不算热、还不能融化铅；但在WASP-121b上 ， 平流层达到的温度竟然超过四倍之多！这就是说 ， 行星的大气层极热 ， 足以融化不锈钢及其它金属 ， 如：铍 ， 铂 ， 锆 。
目前 ， 科学家还不了解是哪些化学物质引起温度升高 。 即使已经有一些假说 ， 如：认为相关化学物质可能是氧化钒及氧化钛；对于棕矮星而言 ， 这类化合物是常见的（注：棕矮星也称为“夭折的恒星” ， 与气态巨系外行星有很多共性） ， 但是为了维持这些化学合成物的气体状态 ， 它们还需要很高、更高的环境温度 。
总之 ， 遥远的气态巨系外行星已经证明是非常值得研究的话题 。 未来 ， 对这一行星及其它“超热木星”的研究都面临着挑战 ， 这些研究也将会扩展我们对于大气层形成及特征的了解 。
BY: universetoday
FY: 周洪波
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