作者：文/石蘭
在天文科學領域，科學家們在宇宙中的行星探索範圍，早已擴大到太陽系以外，它們被稱為系外行星。首次確認系外行星存在的時間，距今已有29年，而最難確認的信息，便是它們的性質和普遍程度。終於，通過NASA兩架望遠鏡的通力合作，研究人員第一次確認了系外行星GJ 3470 b的化學「指紋」。雖然，在其他恆星的周圍，這樣的行星較為普遍的存在，但是，在我們的太陽系中，卻並沒有發現它們的身影。
行星GJ 3470 b以創紀錄的速度蒸發
GJ 3470 b繞著一顆和地球相聚97光年的紅矮星運行，距其母星大約600萬公裡（370萬英裡），相當於太陽系行星水星與太陽之間平均距離的十分之一左右。並且，該恆星噴射出的輻射正在快速地剝離GJ 3470 b的高層大氣，因此，該行星可能無法長時間保持目前的大小。迄今為止，科學家們尚未發現其他行星出現這樣巨大的質量損失，僅需要幾十億年的時間，星球質量的一半就可以消失掉。並且，這顆僅僅20億年左右年齡的系外行星，可能已經以這樣的方式損失了大約35％的質量。
約有木星大小的行星，大致相當於地球大小的行星，以及所謂的超級地球，科學家們根據它們的大小和與恆星之間的距離，繪製了系外行星，處於中間位置、接近它們恆星的「海王星」相對很小。通過熱海王星的沙漠也可以表明，這樣的外星世界是罕見的，又或者，它們一度充足，但後來消失了，這讓我們看到了系外行星之謎。在過去十年左右的時間裡，在太陽系外，天文學家發現了許多「 熱木星 」、「熱地球」和「熱超地球」 ，分別緊密圍繞軌道的氣體巨星，但最令人驚訝的還是「熱海王星」。
系外行星GJ 3470 b的理論內部結構
系外行星GJ 3470 b，也叫做Gliese 3470 b，其巨大的巖石核心，埋藏在一個深沉破碎充滿氫和氦的氣氛中。它的質量比地球更大，但又比海王星的質量（超過17個地球質量）更小，處於海王星和地球的質量之間，而在我們銀河系中，80%的行星可能都屬於這個質量範圍內，但它又不同於太陽系中的任何行星。科學家們通過哈勃望遠鏡和斯皮策太空望遠鏡對GJ 3470 b進行了觀測，並對其非常清晰的深層大氣成分進行了化學分析，為這顆行星的起源提供了線索。
系外行星GJ 3470 b的理論內部結構正如下圖所示，圖片下部所顯示的是很久以前該系統可能看到的磁碟。GJ 3470 b與距離太陽30億英裡的海王星有所不同，可能已形成非常接近其紅矮星的乾燥巖石物體。它通過自身的重力從周圍的圓盤中獲取氫氣和氦氣，然後形成厚厚的大氣層。而這個磁碟消失的時間，大約是在數十億年前，於是，這個星球也隨之停止了繼續增長。因為在我們的太陽系中，沒有這樣特殊的星球存在，所以它才如此引人注目。天文科學家們可以通過梳理GJ 3470 b大氣的內容，發現了它的性質和起源相關的線索。
光譜學如何確認系外行星的化學指紋
從行星形成的角度而言，首次對GJ 3470 b大氣進行的研究結果，算得上是一個重大的發現，這樣一個獨特世界的光譜特徵，科學家們也是第一次擁有。GJ 3470 b直接穿過其母星的圓盤，該行星的軌道非常接近恆星，但又遠低於木星，卻依然成功地吸收了大部分未受汙染的原始氫/氦氣氛。通過測量行星在其恆星（過境）前面經過時，吸收了多少的星光，以及行星在恆星（日食）後面經過時，有多少反射光從星球消失了，太空望遠鏡觀測到了12次過境和20次日食。 正是由於在行星GJ 3470 b上只有薄霧，氣氛整體是清晰的，所以科學家才能夠深入探測大氣層，然後基於光分析該行星的化學指紋（光譜學）。
在分析結果出來之前，科學家們預估該行星應該富含氧氣和碳元素等重元素，並形成豐富的甲烷氣體和水蒸氣，這樣的大氣氛圍會和我們在海王星上看到的很相似。然而，科學家們卻發現行星GJ 3470 b上的重元素含量非常少，它的主要成分反而和太陽類似，富含氫和氦。從之前科學家們發現的許多更大的系外行星來看，它們的軌道往往都特別靠近自己的母恆星，也被稱作「熱木星」。
研究人員甚至懷疑，這些木星一般大小的行星在各自的太陽系中形成的時間更久遠，所以才會向自己的恆星遷移。但是，行星GJ 3470 b的情況卻表現得有所不同，對於這樣的現象有一個相對合理的解釋： GJ 3470 b起源於一塊異常乾燥的巖石，當它「出生」以後，就不穩定地靠近它的紅矮星，質量大約是太陽的一半。當其恆星處於年輕時期的時候，它會快速地從原始氣體盤（原行星磁碟）中吸收氫氣。簡而言之，在行星仍處在增長的過程中，原行星氣體盤以某種方式分散，所以永遠地阻礙它的大小。對於該行星的更多疑惑，則需要更敏感的紅外波探測器通過時間來解答。