http://phys.org/news/2014-09-milestone-distant-planets.html
2014.09.24
天文學家在一顆系外行星的大氣層中發現水蒸氣，這顆系外行星比地球大約四倍、位在距離地球 124 光年（大約 729 兆英里）之外的天鵝座。在探尋太陽系外行星的過程中，這項發現也代表科學家目前能夠確認其大氣中某些化學組成物的最小行星。
研究者的發現，發表在 2014/9/25 的 Nature 期刊上。該團隊由 Maryland 大學天文學教授 Drake Deming 所領導，他是一位研究系外行星的專家。
在系外行星 HAT P-11b 的大氣層中發現水蒸氣與氫，不僅僅是這項長距離偵測研究中（那基於 NASA 三種不同望遠鏡的觀測結果分析），令人震驚的一部分。它也暗示天文學家，在其他行星系統中，行星形成的方式與我們的一樣。
科學家如何在遙遠的系外行星偵測水分呢？他們使用行星凌星（planet transits，行星通過其恆星前方）時，剛巧發出的那一道光線。該行星大氣中的物質會吸收其恆星光線中的某些部份，而且那使行星看起來比較大 -- 類似在日落前，當我們從水平方向，透過一大片地球大氣望去，太陽看起來會比較大一樣。藉由描繪出系外行星尺寸的變化，並將之與望遠鏡所觀測到的電磁輻射波長關聯，天文學家得到一幅圖表，那顯示該恆星有多少輻射被系外行星的大氣吸收了。這幅圖表的形狀，稱為透光光譜（transmission spectrum），能揭露大氣中有哪些化學成份。
行星愈大，行星在凌星時其尺寸變化也會愈顯著。天文學家利用這種技巧來描述好幾個巨行星（與我們木星大小相當的行星）的大氣。在這項研究中，這個團隊想要分析一顆大小顯然小了許多的行星的大氣。
這個團隊選擇 HAT P-11b，那由 Hungarian-made Automated Telescope (HAT) 網路所發現。半徑約為地球四倍，質量則約為 26 倍地球質量。與我們太陽系中的行星相較，HAT P-11b 比較接近海王星。不過它離宿主恆星更加接近，也因此非常熱，大約 878 K（華氏 1,120 度）。它或許有岩石核心，被包覆在稠密的、約 90% 都是氫的氣層（gaseous envelope）內。其大氣在高海拔萬里無雲，但如同他們所發現的，它包含水蒸氣的跡象。
UMD 畢業生 Jonathan Fraine，該論文的第一作者，利用二具 NASA 望遠鏡來觀測 HAT P-11b -- 哈伯太空望遠鏡，那負責測量可見與近紅外光；Spitzer 太空望遠鏡，那僅在 2011 七月到 2012 年 12 月之間記錄下紅外光。該團隊將這些資料與 NASA Kepler 太空望遠鏡（那被發射用來尋找系外行星，並持續記錄 HAT-P-11b 所處的一部分的天空的影像）的觀測進行比較。
為何天文學家要在系外行星上找水？首先，因為水是「生命」的一種先決條件 -- 然而單單只有水不足以讓生命出現。"水分子在宇宙到處廣佈，" Deming 說。"無論你在何處都有氫與氧，其天然的形態。甚至連某些太陽黑子都冷到足以包含水蒸氣，雖然太陽對生物來說顯然過熱，以至於無法在上面生活。"
天文學家也想要測試這個假說：其他行星的形成是否與我們的相同。在原始太陽系（primordial solar system）裡，一種稱為「核心吸積（core accretion）」的過程中，塵埃與冰的粒子帶有固有的電荷，導致它們黏在一起，就像家中那些灰塵兔（dust bunnies）一樣。此過程初期，在離太陽很遙遠之處形成的巨行星，有足夠重力拉住大量氫氣 -- H2O 當中的 H。
但在我們太陽系巨行星大氣中的水是凍結的，那只發生在深層部位，那裡難以觀測。較近、較小的行星：火星、金星與地球，在它們的演化初期擁有水，然而只有地球能夠在表面留住足夠的液態水。天文學家認為，當行星愈小，較重的分子，例如水蒸氣，會比較有可能跟氫一樣豐富。
"我們對於行星形成所發展出來的概念已經與我們的太陽系相符，" Deming 解釋，"但我們不知道在其他行星系統中，表現是否會相同。我們想要測試「小行星是否富含較重元素（例如水蒸氣當中的氧）」這個基礎問題。"
在 HAT P-11b 上發現水蒸氣與氫 "是這個難題中關鍵的一部分，" Deming 說，與天文學家對於行星形成的主要概念一致。
※ 相關報導：
＊ Water vapour absorption in the clear atmosphere of a Neptune-sized exoplanet
http://www.nature.com/nature/journal/v513/n7519/full/nature13785.html
Jonathan Fraine, Drake Deming, Bjorn Benneke, Heather Knutson,＊ Kepler-186f 適居帶內第一顆大小類似地球的系外行星
Andrés Jordán, Néstor Espinoza, Nikku Madhusudhan, Ashlee Wilkins
& Kamen Todorov
Nature 513, 526–529 (25 September 2014)
doi: 10.1038/nature13785
＊ 港大驚人發現：太空遍布有機物
＊ 地球最初的生命形態如何封裝RNA？
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