天文学家有史以来第一次在太阳系以外的行星大气层中发现了铁和钛。这颗系外行星名为 KELT-9b，是有史以来发现的最热外星世界。这颗行星非常炎热，甚至比大多数恒星还要热。
这颗酷热的系外行星位于天鹅座，距离地球约 620 光年，天文学家称之为“超热木星”。KELT-9b 是一颗像木星一样的巨型气体行星，木星是我们太阳系中最大的行星。但它更大——质量是木星的三倍，直径是木星的两倍——而且它极其靠近其炎热的母星 KELT-9 运行。
“超热木星”是热木星系外行星的非官方术语，其温度超过 3,100 华氏度（1,700 摄氏度）。瑞士伯尔尼大学的天体物理学家凯文·衡参与了这项研究，他告诉 Space.com，它们“非常热，以至于它们有些像恒星，即使它们是行星”。KELT-9b 的温度可高达 7,800 华氏度（4,300 摄氏度）。[图库：最奇异的外星行星]
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这项破纪录的高温使天文学家能够在 KELT-9b 的大气层中探测到铁和钛。虽然研究人员长期以来一直怀疑这些元素存在于某些系外行星上——铁是宇宙中最丰富的元素之一——但在较冷的环境中很难探测到它们，因为原子大多“被困在其他分子中”，衡说。然而，KELT-9b 非常热，以至于云不会在其大气层中凝结，从而使铁和其他金属的单个原子能够单独飞行。
钛以前曾在系外行星的大气层中被发现过，但不是以原子形式。2017 年 9 月，天文学家使用哈勃太空望远镜宣布，他们发现二氧化钛（由一个钛原子和两个氧原子组成的分子）在名为开普勒-13A 的系外行星的大气层中。
天文学家可以通过观察来自太空物体的光谱来探测不同的元素。由于系外行星不发光，衡和他的研究团队查看了在凌日期间收集的望远镜数据，当时从地球上看，系外行星直接从其恒星前方经过。
方便的是，在衡和他的合著者决定着手这项研究之前，数据已经存在。在他在日内瓦大学的同事使用光谱数据寻找 KELT-9b 大气层中的氢之后，“他们实际上将数据保存在抽屉里，因为没有理由搜索铁或钛，”衡说。“然后，几个月前，我们做了一项理论研究，预测铁和钛会存在，这促使了这次搜索。”
研究人员使用来自西班牙拉帕尔马岛的伽利略国家望远镜的一年前的数据，开始在 4 小时凌日期间穿过 KELT-9b 大气层的光谱中寻找金属。该数据是使用称为 HARPS 的光谱仪仪器收集的，即高精度径向速度行星搜索器。
“当您将光线分成光谱时，不同的原子或分子具有指纹，”衡说。“如果有足够的分辨率，有足够好的数据，每个分子都有一个独特的指纹。” 找到铁和钛的指纹——衡和他的团队已经怀疑这些元素会存在于 KELT-9b 的大气层中——将需要“高性能计算技术、光谱数据库的仔细管理以及对细节的细致关注”，衡在 Nature.com 上的博客文章中写道。
衡的团队寻求了伯尔尼大学的天体物理学家西蒙·格里姆的帮助，“他（除其他外）是原子和分子不透明度计算方面的专家，”衡在博客文章中写道。“这些不透明度计算起来并非易事，因为需要评估数百万到数十亿条谱线的强度和形状。”
先前研究 KELT-9b 大气层中氢的研究能够看到光谱中强烈的氢吸收线，而无需像衡和他的团队那样进行更复杂的互相关分析来寻找铁和钛。收集数据以寻找氢的天文学家“缺乏进行认真搜索铁等金属的理论动机”，衡写道。
另一项于 7 月 2 日发表在《自然天文学》杂志上的研究表明，氢实际上正在从 KELT-9b 的大气层中“沸腾”并被吸入行星的母星。“重金属元素也可能正在逃逸，因为剧烈的氢逃逸可以将重元素‘拖’到非常高的 [大气层中]，”马克斯·普朗克天文研究所的天文学家、该研究的主要作者严飞在一封电子邮件中告诉 Space.com。
虽然 KELT-9b 大气层中的铁和钛是一项重大发现，但衡告诉 Space.com，“这项技术本身也非常令人兴奋”。“这项技术与我们将用于检测生物学特征或 生物特征 的技术相同，”衡说。“在地球上，我们认为它是氧气和一些其他晦涩的分子，但我们不知道一般的生物特征是什么。如果你知道它们是什么……你可以使用完全相同的技术来检测较冷、较小行星上的这些分子。”
天文学家不太可能在这颗地狱般的行星上找到任何生命迹象，但衡和他的团队在 KELT-9b 的光谱中发现了一些其他有趣的元素。“我不想透露太多，但我们已经发现了其他金属，”他说。“我们也在尝试获得 哈勃太空望远镜 的时间来寻找水。” 他的目标是最终拥有“行星的完整化学清单”，他说。哈勃还将能够提供一些关于 KELT-9b 天气的见解。“这颗行星上应该有猛烈的风暴，”他说。
该研究于今天（8 月 15 日）发表在 《自然》杂志上。
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