藝術家筆下的GJ436b行星

 

 

GJ436b紅外光譜分析

 

    據國外媒體報道，美國國家航空航天局斯皮策空間天文台在對距離地球30光年的獅子座GJ436行星系統中編號為Gliese 436b(GJ 436-33光年)的行星進行光譜分析，發現這顆遙遠的系外行星缺乏甲烷，然而在我們太陽系中，甲烷是一種較為普遍的物質。位於奧蘭多的佛羅里達中央大學行星科學專業畢業的學者Kevin Stevenson坦言：「這是一個很大的迷」。4月22日的《自然》雜誌也做了相關報道。現有行星模型告訴我們，這顆行星上的碳元素應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數據演算出來。這個發現使得天文學家對遙遠深空類地行星大氣成分的摸索更進了一步。

 

    編號為GJ436b是一顆充滿甲烷的，體積與海王星相近的系外行星，GJ436b於2007年5月被發現，由日內瓦天文台命名，是一顆M矮星的一顆伴星並繞著GJ436運行，行星質量為23.2個地球質量，軌道週期2.64天。一些地面觀測站相繼對這顆系外行星進行光譜分析，直到近日動用了斯皮策空間天文台，在GJ436b經過其母星後，斯皮策在6個紅外波長處捕捉到其發出的光，得到數據顯示GJ436b大氣具有高濃度一氧化碳，同時也探測到痕量的二氧化碳以及水的存在。一顆處於熱化學平衡態以氫為主的大氣結構的行星，碳主要以甲烷的形式存在，但是GJ436大氣甲烷濃度卻比預測結果小10萬倍，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，而且如果溫度達到1000開爾文(華氏1340°)，都會有大量的甲烷以及少量的一氧化碳被發現，碳元素應該很自然地以甲烷的形式存在。在800開爾文(華氏980°)，GJ436b本應該有豐富的甲烷以及低濃度一氧化碳，而斯皮策觀測數據卻正好相反。

    另外，對於GJ436b的軌道偏心率的維持問題上也有個不小的發現。GJ436b圍繞其主序星GJ436運行，軌道偏心率為0.16，根據氣態行星典型的潮汐耗散因子，GJ436軌道圓化時標在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，這就說明可能鄰近，遠處非共振軌道上或者平運動共振軌道上存在另一顆行星，即GJ436c。

    Kevin Stevenson說：「我們最後的目的是在一些體積較小，由岩石構成，具有氧氣尤其是存在一點甲烷的系外行星上發現生命，證明人類其實並不孤獨。」

    來自中佛羅里達大學行星大氣首席研究員約瑟夫·哈靈頓解釋說：「在這種情況下，我們期待發現甲烷不是要發現生命，而是行星的化學大氣化學結構。這種類型的行星本應該充滿甲烷，就像把麵包浸漬到蛋清中煎炒，最後變成麥片。」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物身上寄居的微生物以及稻田里產生。太陽系中所有的巨行星也都有甲烷，儘管他們缺少奶牛。海王星之所以呈現藍色，就是由於這種物質的存在，並紅光波長吸收了。另外，甲烷在一些毫無生氣的天體上也是較為常見的成分，例如褐矮星這類介於巨行星和最低溫矮星之間，被喻為「較為失敗」的天體(質量不足無法成為燃燒的恆星，但其質量仍遠大於太陽系最大的行星木星)。對於這一結果，說明現有的理論模型存在問題。

    斯皮策探測到來自GJ436b微弱的光線，這種技術稱為「次蝕」，「次蝕」技術是探測「凌日」行星大氣成分的一項有效方法，當行星運行到主序星後面時，將行星系統前後光譜相減，就可得到行星光譜性質。這個技術由斯皮策空間天文台於2005首次試驗，並測量了若干係外類木行星大氣成分。這項技術由原來用於分析系外類木行星大氣成分推廣到用於測量系外類地行星的大氣成分。美國國家航空航天局噴氣推進實驗室系外行星科學研究所及加州理工學院主任說。在未來的幾年，我們希望能空間天文台能利用這一技術分析更多的系外類地行星的大氣成分，從而發現生命的痕跡。