臺北市立天文科學教育館

天文學家在一顆金屬行星上發現了水蒸氣存在的證據，這顆熱土星也是迄今為止發現的「最金屬」系外行星。

這顆編號為HD 149026 b的系外行星於2005年被發現，命名為Smertrios，在愛爾蘭地區傳統中意指被崇拜為戰神。它距地球約247光年。Smertrios距離其母恆星約652.8萬公里，約為水星到太陽的九分之一，公轉一圈為2.9個地球日。母恆星為一顆與太陽類似的星球。這顆行星的直徑約為木星的0.74倍，被歸類為熱土星，熱土星除了表示熱，也描述此類行星的體積比木星略小，可類比為土星體積的氣體巨星，但不一定有行星環。由於Smertrios距離其母恆星非常近，因此處於潮汐鎖定狀態，這意味著它的一側永遠面向母恆星，該側的溫度高達約1,700K。相對較冷的夜側則永遠面向太空。

然而，這顆行星特別值得關注，因為它是我們目前所知金屬含量最高且密度最大的氣體系外行星之一。當天文學家提到金屬時，指的是比氫和氦更重的元素。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡在2023年觀測Smertrios時發現，這顆行星的金屬豐度，即金屬與氫的比率，遠高於大多數熱土星和熱木星。這一比率也遠高於太陽系中的木星和土星。金屬豐度通常被認為與氣體巨行星的質量成反比。氣體巨行星質量越大，其金屬含量應該越少。然而，Smertrios違背了這一趨勢。研究還發現這顆行星可能具有異常大的固體核心，這也是其密度如此之高的原因。這顆行星的組成似乎與我們目前對熱氣體巨行星的形成理論不相符，至今仍然是一個謎。因此，天文學家決定透過研究這顆行星的大氣成分，找出金屬豐度和碳氧比，幫助揭示行星的形成歷史。

圖說：系外行星HD 149026 b, Smertrios, 及其母恆星的藝術想像圖。Image credit: Robert Lea (created with Canva).

經過光譜觀測，結果顯示Smertrios的大氣可能含有水蒸氣。這表示大氣中氧元素比碳元素豐富。若追蹤大氣中的水氣及一氧化碳，就可以得知氧元素及碳元素的豐度，以更精確地估算金屬量和碳氧比。這非常重要，因為這可以反映氣體巨行星的形成和演化歷史。在大氣中發現水只是研究的第一步，未來研究團隊還要繼續解開Smertrios的形成和演化歷史。此項研究初步結果已發表在arXiv (Rafi et al. 2024)。（編譯／段皓元）

資料來源：Space.com; NASA