哈勃望遠鏡的新發現揭開了「棉花糖」行星之謎

此圖描繪了類似太陽的恆星克卜勒51和三顆巨型行星，這是美國宇航局克卜勒太空望遠鏡在2012–2014年發現的。這些行星大約都相當於木星的大小，但僅佔其質量的一小部分。根據哈勃太空望遠鏡的最新觀測，這意味著行星的密度極低，更像是泡沫聚苯乙烯，而不是巖石或水。這些行星可能已經遠離恆星形成並向內遷移。現在，他們膨脹的氫氣/氦氣氣氛正在滲入太空。最終，可能會留下更小的行星。正確繪製了背景星空，就像我們沿著銀河系的獵戶座螺旋臂從克卜勒51的約2,600光年的距離向太陽注視時所看到的那樣。然而，太陽太微弱，無法在此模擬的裸眼視圖中看到。

「超級泡芙」聽起來像一種新的早餐麥片。但這實際上是具有棉花糖密度的獨特而罕見的年輕系外行星的綽號。在我們的太陽系中沒有像它們這樣的東西。

來自美國國家航空航天局哈勃太空望遠鏡的最新數據為克卜勒51系統中的兩個超浮腫行星的化學性質提供了第一個線索。這個系外行星系統實際上擁有三個超氣浮軌道，環繞一顆年輕的類似太陽的恆星運行，是2012年由美國宇航局的克卜勒太空望遠鏡發現的。但是直到2014年，這些行星的低密度才被確定。許多的。

哈勃望遠鏡最近的觀測結果使一組天文學家可以對這些世界的質量和大小進行估算，從而獨立地證實了它們的「浮腫」性質。儘管它們的質量不超過地球質量的幾倍，但它們的氫/氦氣卻是如此膨脹，幾乎相當於木星的大小。換句話說，這些行星看起來可能像木星一樣大而笨重，但質量卻輕了大約一百倍。

他們的大氣如何向外膨脹以及為什麼向外膨脹尚不清楚，但是此功能使超級抽吸成為大氣研究的主要目標。研究小組使用哈勃望遠鏡尋找了稱為Kepler-51b和51d的行星大氣中的成分的證據，尤其是水。哈勃觀察行星經過恆星前的過程，目的是觀察日落時的紅外色。天文學家推斷出大氣中紅外光吸收的光量。這種觀察使科學家可以尋找行星化學成分（例如水）的明顯跡象。

令哈勃團隊驚訝的是，他們發現兩個行星的光譜都沒有任何明顯的化學特徵。他們將此結果歸因於大氣層中高濃度的粒子云。科羅拉多大學博爾德分校的傑西卡·利比·羅伯茨說：「這完全出乎我們的意料，我們計劃觀察大型吸水特徵，但它們並不存在。我們被烏雲籠罩了！」 但是，與地球的水雲不同，這些行星上的雲可能由鹽晶體或光化學煙霧組成，就像土星最大的衛星泰坦上發現的一樣。

此插圖描繪了與太陽系恆星克卜勒51相對的三個巨型行星，與我們太陽系中的某些行星相比。這些行星大約都相當於木星的大小，但僅佔其質量的很小一部分。美國國家航空航天局（NASA）的克卜勒（Kepler）太空望遠鏡在2012-2014年探測到這些行星在其恆星前通過時的陰影。沒有直接成像。因此，此圖中克卜勒51行星的顏色是虛構的。

這些雲層為團隊提供了洞察力，讓他們了解克卜勒51b和51d如何與我們太陽系以外的其他低質量，富氣體的行星堆疊在一起。當將超級氣團的平面光譜與其他行星的光譜進行比較時，該團隊能夠支持以下假設：雲/霾形成與行星的溫度有關-行星越冷，則變得越陰雲密布。

研究小組還探索了這些行星實際上根本不是超級抽吸的可能性。在引力的星球中創建自己的軌道周期的細微變化，並從這些時間效應行星群眾可以得到。通過將行星從恆星前方通過的時間變化（稱為過境事件）與克卜勒太空望遠鏡觀測到的那些過境變化結合起來，研究小組更好地限制了行星質量和系統動力學。他們的結果與先前對Kepler-51 b的測量結果一致。但是，他們發現克卜勒51 d的質量（或行星變得更浮腫）比以前想像的要輕一些。

最終，研究小組得出結論，這些行星的低密度部分是由於該系統的年輕年齡（僅5億年），而與我們46億歲的太陽相比，其結果卻是如此。模型表明這些行星是在恆星「雪線」之外形成的，雪線是冰質物質可以生存的可能軌道的區域。然後，行星像一列有軌電車一樣向內遷移。

現在，隨著行星更靠近恆星，它們的低密度大氣層將在未來數十億年內蒸發進入太空。利用行星演化模型，研究小組得以證明最接近恆星的克卜勒51 b行星，有一天（十億年）看起來會像海王星的小而熱的版本，這是一種相當合理的行星在銀河系中很常見 但是，看起來距恆星更遠的克卜勒51 d仍將繼續是低密度的奇球，儘管它會收縮並損失少量大氣。科羅拉多大學博爾德分校的扎克·伯塔·湯普森說：「該系統為測試早期行星演化的理論提供了一個獨特的實驗室。」

好消息是，確定這兩個行星的大氣成分並沒有全盤丟失。NASA即將推出的James Webb太空望遠鏡具有對更長紅外光波長的敏感性，也許可以穿越雲層。用這架望遠鏡進行的未來觀察可以提供有關這些棉花糖行星實際組成的見解。在那之前，這些行星仍然是一個甜蜜的謎。