藝術(shù)家筆下的GJ436b行星

　　國(guó)外媒體消息稱，美國(guó)國(guó)家航空航天局斯皮策空間天文臺(tái)在對(duì)距離地球30光年的獅子座GJ436行星系統(tǒng)中編號(hào)為Gliese 436b（GJ 436-33光年）的行星進(jìn)行光譜分析，發(fā)現(xiàn)這顆遙遠(yuǎn)的系外行星缺乏甲烷，然而在我們太陽(yáng)系中，甲烷是一種較為普遍的物質(zhì)。位于奧蘭多的佛羅里達(dá)中央大學(xué)行星科學(xué)專業(yè)畢業(yè)的學(xué)者Kevin Stevenson坦言：“這是一個(gè)很大的迷”。4月22日的《自然》雜志也做了相關(guān)報(bào)道。現(xiàn)有行星模型告訴我們，這顆行星上的碳元素應(yīng)該是以甲烷的形式存在。目前，行星模型方面的理論家正在將相關(guān)數(shù)據(jù)演算出來(lái)。這個(gè)發(fā)現(xiàn)使得天文學(xué)家對(duì)遙遠(yuǎn)深空類地行星大氣成分的摸索更進(jìn)了一步。

GJ436b紅外光譜分析
 

　　編號(hào)為GJ436b是一顆充滿甲烷的，體積與海王星相近的系外行星，GJ436b于2007年5月被發(fā)現(xiàn)，由日內(nèi)瓦天文臺(tái)命名，是一顆M矮星的一顆伴星并繞著GJ436運(yùn)行，行星質(zhì)量為23.2個(gè)地球質(zhì)量，軌道周期2.64天。一些地面觀測(cè)站相繼對(duì)這顆系外行星進(jìn)行光譜分析，直到近日動(dòng)用了斯皮策空間天文臺(tái)，在GJ436b經(jīng)過(guò)其母星后，斯皮策在6個(gè)紅外波長(zhǎng)處捕捉到其發(fā)出的光，得到數(shù)據(jù)顯示GJ436b大氣具有高濃度一氧化碳，同時(shí)也探測(cè)到痕量的二氧化碳以及水的存在。一顆處于熱化學(xué)平衡態(tài)以氫為主的大氣結(jié)構(gòu)的行星，碳主要以甲烷的形式存在，但是GJ436大氣甲烷濃度卻比預(yù)測(cè)結(jié)果小10萬(wàn)倍，可能的破壞性影響包括垂直混合作用以及甲烷的聚合。事實(shí)上，一些系外行星大氣成分一般都具有氫，碳和氧，而且如果溫度達(dá)到1000開爾文（華氏1340°），都會(huì)有大量的甲烷以及少量的一氧化碳被發(fā)現(xiàn)，碳元素應(yīng)該很自然地以甲烷的形式存在。在800開爾文（華氏980°），GJ436b本應(yīng)該有豐富的甲烷以及低濃度一氧化碳，而斯皮策觀測(cè)數(shù)據(jù)卻正好相反。

　　另外，對(duì)于GJ436b的軌道偏心率的維持問(wèn)題上也有個(gè)不小的發(fā)現(xiàn)。GJ436b圍繞其主序星GJ436運(yùn)行，軌道偏心率為0.16，根據(jù)氣態(tài)行星典型的潮汐耗散因子，GJ436軌道圓化時(shí)標(biāo)在10億年左右，而其主序星年齡只有30億年，所以通常情況下不可能維持在橢圓軌道上，這就說(shuō)明可能鄰近，遠(yuǎn)處非共振軌道上或者平運(yùn)動(dòng)共振軌道上存在另一顆行星，即GJ436c。

　　Kevin Stevenson說(shuō)：“我們最后的目的是在一些體積較小，由巖石構(gòu)成，具有氧氣尤其是存在一點(diǎn)甲烷的系外行星上發(fā)現(xiàn)生命，證明人類其實(shí)并不孤獨(dú)。”

　　來(lái)自中佛羅里達(dá)大學(xué)行星大氣首席研究員約瑟夫·哈靈頓解釋說(shuō)：“在這種情況下，我們期待發(fā)現(xiàn)甲烷不是要發(fā)現(xiàn)生命，而是行星的化學(xué)大氣化學(xué)結(jié)構(gòu)。這種類型的行星本應(yīng)該充滿甲烷，就像把面包浸漬到蛋清中煎炒，最后變成麥片。” 甲烷在像地球這樣具有生命的星球上較為普遍，主要由像奶牛這類動(dòng)物身上寄居的微生物以及稻田里產(chǎn)生。太陽(yáng)系中所有的巨行星也都有甲烷，盡管他們?nèi)鄙倌膛?。海王星之所以呈現(xiàn)藍(lán)色，就是由于這種物質(zhì)的存在，并紅光波長(zhǎng)吸收了。另外，甲烷在一些毫無(wú)生氣的天體上也是較為常見的成分，例如褐矮星這類介于巨行星和最低溫矮星之間，被喻為“較為失敗”的天體(質(zhì)量不足無(wú)法成為燃燒的恒星，但其質(zhì)量仍遠(yuǎn)大于太陽(yáng)系最大的行星木星)。對(duì)于這一結(jié)果，說(shuō)明現(xiàn)有的理論模型存在問(wèn)題。

　　斯皮策探測(cè)到來(lái)自GJ436b微弱的光線，這種技術(shù)稱為“次蝕”，“次蝕”技術(shù)是探測(cè)“凌日”行星大氣成分的一項(xiàng)有效方法，當(dāng)行星運(yùn)行到主序星后面時(shí)，將行星系統(tǒng)前后光譜相減，就可得到行星光譜性質(zhì)。這個(gè)技術(shù)由斯皮策空間天文臺(tái)于2005首次試驗(yàn)，并測(cè)量了若干系外類木行星大氣成分。這項(xiàng)技術(shù)由原來(lái)用于分析系外類木行星大氣成分推廣到用于測(cè)量系外類地行星的大氣成分。美國(guó)國(guó)家航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室系外行星科學(xué)研究所及加州理工學(xué)院主任說(shuō)。在未來(lái)的幾年，我們希望能空間天文臺(tái)能利用這一技術(shù)分析更多的系外類地行星的大氣成分，從而發(fā)現(xiàn)生命的痕跡。