天文学家首次通过分析系外行星的大气层过滤光线的方式，成功探测到了它的自转。这项技术还可以为行星形成提供线索。荷兰莱顿大学的伊格纳斯·斯内伦和他的同事在《自然》杂志上报告说，一颗绕着恒星β绘架座运行的气态行星在其赤道的自转速度为每秒25公里，比太阳系中任何行星都快，大约是地球的50倍。这颗名为β绘架座b的行星上的一天只有八个多小时，尽管它的直径是地球的16倍以上，质量是地球的3000多倍。
系外行星通常会被其母星的光芒所掩盖，只能间接发现，但β绘架座b是最早通过直接成像发现的行星之一。这是因为这颗质量巨大的行星，年龄约为2000万年，相对年轻且仍然温暖，因此它在红外波长处发出强烈的辐射。此外，该恒星系统距离地球只有大约20秒差距（65光年）——恒星β绘架座是南部天空中绘架座的一部分，肉眼可见——并且这颗行星的轨道离恒星很远，大约是木星与太阳距离的两倍。
这些特性，以及恒星和行星的成分，使得斯内伦的团队能够利用位于智利北部阿塔卡玛沙漠的甚大望远镜来聚焦于来自β绘架座b的红外光。“很高兴看到对系外行星特性的另一种洞察，”多伦多大学的天文学家泰恩·柯里说。
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研究人员通过测量其大气层中的一氧化碳如何过滤红外光来计算行星的自转速度。
在任何给定时间，行星的一半都在朝着地球的观测者旋转，因此对于行星的那部分光线，光谱会向蓝色（较短）波长移动；与此同时，另一半则远离观测者旋转，并将其光线的光谱移向红色（较长）波长。没有望远镜有足够的分辨率来区分行星的两侧，并且来自两侧的光线基本上组合成一个像素。但是，蓝移和红移共同加宽了其光谱中的一氧化碳吸收线。从加宽的程度来看，该团队确定，β绘架座b在其赤道的自转速度大约是木星的两倍。
随着行星继续冷却和收缩，它的自转预计会加速，就像一个旋转的溜冰运动员当她将手臂拉近时会加速一样。斯内伦的团队估计，经过数亿年，行星的自转速度将提高到每秒40公里，每三个小时就会出现一次日落。
对行星自转的测量与太阳系中看到的趋势一致：除了水星和金星外，质量更大的行星往往旋转得更快。这可能是因为行星的质量越大，它在形成最后阶段吸积的物质就越多，这会产生额外的自转。但是，像地球这样的岩石行星与像β绘架座b和木星这样的气态巨行星在质量和自转之间存在相同的关系，这令人费解，斯内伦说，因为这两种类型的行星以不同的方式堆积物质。
德国海德堡马克斯·普朗克天文研究所的伊恩·克罗斯菲尔德表示，确定自转是构建年轻的木星大小的系外行星大气层天气图的必要第一步。他解释说，行星在自转时吸收光谱的变化可能表明其大气中存在云层。今年早些时候，他和他的同事使用这种方法制作了第一张旋转棕矮星的天气图。他即将发表在《天文学与天体物理学》上的论文评估了为木星大小的行星制作类似地图的能力，这将需要下一代巨型地面望远镜。
本文经《自然》杂志许可转载Nature。这篇文章最初发表于first published2014年4月30日。