如何探测到系外行星上的液态水（系外行星的氦气大气层）

天文学家已经发现海王星大小的系外行星HAT-P-11b有比最初想象的更大的氦大气层。该行星大气就像一个巨大的气球一样膨胀。

系外行星HAT-P-11b的概念图，其扩展的氦大气层被恒星辐射吹入太空

系外行星有许多不同的类型和大小，从小的岩石世界到比木星大得多的气态巨行星。现在，天文学家又发现了另一个独特的世界，他们说那里的氦气“膨胀得像个气球”。由瑞士日内瓦大学(UNIGE)的科学家领导的研究小组在2018年12月6日的“科学”杂志上发表了同行评议的研究结果。

氦在地球上很稀有，但在宇宙中却很常见。事实上，它是已知宇宙中第二丰富的元素。这个被标记为“HAT-P-11b”的行星的大气层比正常情况下的“膨胀”更大，有点像儿童的玩具气球，这是以前从未见过的东西。正如埃克塞特大学(University of Exeter)的杰西卡·斯派克(Jessica Spake)所言，科学家们对这一发现感到高兴：

这真是一个令人兴奋的发现，尤其是今年早些时候才在系外行星大气层中首次检测到氦。观测结果表明，氦正被其主恒星的辐射吹离该行星。希望我们能利用这项新的研究来了解哪种类型的行星拥有大量的氢和氦，以及它们能在大气中保存这些气体的时间。

HAT-P-11b只是比海王星稍大一点

HAT-P-11b于2009年首次被发现，被称为热海王星，位于124光年以外的天鹅座。HAT-P-11b相当于我们太阳系中海王星的大小，当气体从过热的大气中逸出到太空中时，氦气实际上会使它会膨胀。顾名思义，大气层非常热，大约1022华氏度(550摄氏度)！这也许并不令人惊讶，因为这颗行星的轨道距离其恒星的距离是地球距离太阳距离的20分之一

科学家怀疑与这颗恒星的距离可能会影响到这颗系外行星的大气层。这些新的观测结果如此精确，系外行星大气层无疑被恒星辐射膨胀并逃逸到太空。

氦在系外行星上很难检测到，但今年早些时候，哈勃太空望远镜首次在HAT-P-11b上初步检测到了氦，尽管结果很难解释。还需要更多的观测，因此UNIGE的一些小组成员，决定使用另一台望远镜-西班牙安达卢西亚卡拉阿托天文台的4米望远镜，该望远镜使用一种称为CARMENES的新型摄谱仪。

HAT-P-11b的上空看到的大气的样子（概念图）

与哈勃望远镜所能看到的数百种颜色相比，CARMENES仪器能够识别出100，000多种红外光谱中的颜色。这种看到精细细节的能力不仅有助于证实HAT-P-11b大气中存在氦，而且还表明，随着恒星的粒子(恒星的太阳风)辐射使大气“膨胀”，氦正在缓慢地逃往太空。

新的数据是十分精确，科学家能够追踪氦原子逃离大气层时的轨迹。

氦以每小时10000公里的速度从行星的日照一侧吹到它的夜晚一侧。因为氦是一种轻气体，它很容易从行星的引力中逃脱，并在它周围形成一片延伸的云。

这些发现使HAT-P-11b成为一个有趣的案例研究，它涉及太阳系外行星的大气层，以及新技术如何能更多地告诉天文学家它们的组成和行为，尽管这些星球中的大多数都离我们非常遥远。最近的太空和地面望远镜调查发现，所谓的“热木星”也很常见。像HAT-P-11b一样，它们的轨道非常靠近它们的恒星，这不同于我们太阳系中的气态巨星，所以它们有灼热的大气层。

这是寻找系外行星大气特征的令人兴奋的时刻。

几十年前，人们甚至还不知道系外行星是否存在，但现在它们被成千上万的人发现了。天文学家发现了它们，而且天文学家现在也开始能够更多地了解它们-它们的大小、质量、成分、温度和大气。目前，这主要限于HAT-P-11b等较大的行星，但不久，詹姆斯·韦伯太空望远镜等新望远镜将能够研究岩石地球大小的行星的大气层，并找出有多少可能适合生命居住。

2014年，还有报道称，在主要由氢和氦组成的行星大气层中检测到了水蒸气。

简而言之：HAT-P-11b膨胀的氦的大气层为天文学家提供了一个独特的机会，来研究当一颗巨型外行星的大气层被其恒星变得过热并至少部分被吹到太空时会发生什么。这些数据在观测其他热气体巨行星以及热木星时也是有用的。