在這幅藝術家創作的印象畫中，系外行星HAT-P-11b伸展廣闊的含氦大氣層正被其宿主恆星——一顆比太陽體積小、但更活躍的橙色矮星——的輻射物質所吹散。
雖然氦在地球上是稀有元素，但是在宇宙中卻無處不在——它在宇宙中的存量僅次於氫，是構成恆星和氣態巨行星的主要成分。儘管氦含量異常豐富，但是據《科學》雜誌12月6日刊發的一篇研究論文稱，直到最近，一個由瑞士國家行星研究競爭力中心（National Centre for Competence in Research PlanetS，簡稱NCCRs）和日內瓦大學（UNIGE）天文學家們所領導的國際研究團隊才在一顆氣態巨行星的大氣層中探測到氦元素的存在。該研究小組首次詳細觀察了這些氣體從一顆系外行星過熱的大氣層中逸出的過程。
自2000年以來，天文學家就預言，這些圍繞著其他恆星運行的行星可能是追蹤研究系外行星大氣層的最佳對象之一，不過他們花了18年的時間才真正發現了氦的蹤跡。氦之所以很難被發現，是因為它所具有的特殊觀測特徵之一是其光波位於紅外波段內，超出了以前使用的大多數儀器的觀測範圍。今年早些時候，研究人員藉助於哈勃太空望遠鏡，才獲得了這一發現，然而事實證明這些觀測數據很難解讀。UNIGE的科學家便把目光轉向了另一臺配備了一種全新儀器——名為「卡梅內斯」（Carmenes）的攝譜儀——的太空望遠鏡。
這一設備的高光譜解析度使研究小組能夠觀察探測到一顆海王星大小的系外氣態行星高層大氣中氦原子的位置和運動速度。這顆行星比地球大4倍，被命名為「HAT-P-11」，位於天鵝座，距離地球124光年，可以被看作是一個「火熱的海王星」（氣溫為550°C）。它離宿主恆星的距離要比地球到太陽的距離近20倍。該論文的第一作者、UNIGE博士生羅馬恩·阿拉特（Romain Allart）介紹道：「我們懷疑這行星與恆星的接近程度可能對這顆系外行星的大氣狀況產生了影響。這次最新的觀測結果是如此精確，以至於研究人員能夠確認這顆系外行星的大氣層無疑是在恆星輻射的影響下膨脹並逃逸到太空中的。」
這些觀測結果得到了該論文的共同作者、文森特·布裡爾（Vincent Bourrier）領導的數值模擬運算實驗結果的驗證與支持，他是歐洲研究委員會（ERC）資助的「系外行星高層大氣典型特徵的前景光譜研究」（FOUR ACES）的項目成員。藉助這個模擬實驗，他們才得以追蹤氦原子的運動軌跡。布裡爾解釋道：「氦原子以每小時一萬多公裡的速度從該行星白天的一面被吹到夜晚的一面。由於它是一種非常輕的氣體，所以很容易就從行星的引力中逃逸出來，並在其周圍形成一個廣闊的雲團。」正是這個原因，HAT-P-11b呈現出了充氣後的氦氣球的形態。
此外，這一觀測結果為觀察研究溫度最高的系外行星上普遍存在的極端大氣環境打開了新的窗口。「卡梅內斯」的觀測結果實際上是對長期以來人們認為只有在太空才能進行這類研究的論斷的否認和糾正；只要為地面的太空望遠鏡配備適當的儀器，讓其達到更高的精度，這類研究在地球上也是可行的。該論文的另一作者、UNIGE高級講師克里斯多福·洛維斯（Christophe Lovis）感嘆道：「現在就是追蹤捕捉系外行星大氣特徵的令人激動的時機。」事實上，UNIGE的天文學家們也正積極參與設計和開發了兩種類似於「卡梅內斯」的最新高解析度紅外光譜儀。其中一臺名為「斯皮羅」（SPIRou）的衛星剛啟動一個位於美國夏威夷觀測項目，而UNIGE天文系的科學家則負責對「近紅外行星搜索器」（NIRPS）進行首次運行測試，該探測器將於2019年底在智利建成投入營運。洛維斯展望道：「未來的這些研究成果將提升科學界對使用這些儀器的興趣。它們的數量和地理分布將使我們的視角能夠覆蓋整片天空，以便尋找正在蒸發中的系外行星。」
編譯：Jonathan
審稿：alone
責編：南熙