臺北市立天文科學教育館

天文學家使用哈伯太空望遠鏡觀察到在大氣中檢測到水蒸氣的最小系外行星，這顆行星名為GJ 9827d，其直徑約為地球的兩倍，於2017年由克卜勒太空望遠鏡發現。GJ 9827d每6.2天繞著其母恆星GJ 9827運行一周，GJ 9827為一顆紅矮星位於雙魚座，距離地球97光年。GJ 9827d可能是銀河系中潛在富含水大氣行星的一個例子，研究人員表示這將是我們第一次透過大氣探測直接證明在其他恆星周圍確實存在這些富含水大氣的行星，這是確定岩石行星上大氣的普遍性和多樣性的重要一步。不過，要判斷哈伯光譜測量到的是蓬鬆的富氫大氣中的少量水蒸氣，還是這顆行星的大氣主要由水組成，是原始氫/氦大氣在恆星輻射下蒸發後留下的，現在還言之過早。

圖說：藝術家對系外行星GJ 9827d的想像圖。圖片來源：NASA、ESA、Leah Hustak 和 Ralf Crawford (STScI)

研究團隊表示其觀測計劃是專門設計的，目的不僅是探測行星大氣中的分子，而且是專門尋找水蒸氣。無論是水蒸氣占主導地位，還是僅是氫占主導地位的大氣中的一個微小物種，這兩種結果都將是令人興奮的。到目前為止，我們還無法直接探測到如此小行星的大氣層，但我們正慢慢進入這個階段。當我們研究更小的行星時，一定會有一個過渡，在這個過渡中，這些小世界上不再有氫，它們的大氣更像金星（主要由二氧化碳組成）。由於這顆行星的溫度與金星一樣熱，約為攝氏425度，如果大氣中主要由水蒸氣組成，那麼它肯定是一個荒涼、充滿蒸汽的世界。

目前研究團隊有兩種可能性，一是這顆行星仍然附著在富含水的氫包層中，使其成為一顆迷你海王星；或者，它可能是木星衛星歐羅巴（木衛二）的溫暖版本，歐羅巴地殼下的水量是地球的兩倍。GJ 9827d行星可能一半是水，一半是岩石，在一些較小的岩石體上面會有大量的水蒸氣。如果這顆行星有殘留的富含水的大氣層，那麼它的形成位置一定比現在的位置更遠離其母恆星，那裡的溫度很低，水以冰的形式存在。在這種情況下，行星會遷移到更靠近母恆星的地方，並受到更多的輻射，然後氫被加熱並逸出，或仍在擺脫行星微弱重力的過程中。另一種理論認為，這顆行星是在靠近熾熱恆星的地方形成的，其大氣層中含有微量的水。

哈伯計劃在11次凌日（即行星從其恆星前方經過）的過程中，對這顆行星進行觀測，時間間隔將超過3年。在凌日過程中，星光會穿過行星的大氣層並攜帶水分子的光譜指紋。如果行星上有雲，它們在大氣層中的高度足夠低，不會完全遮擋哈伯對大氣層的觀察，哈伯將能夠探測到雲層上方的水蒸氣。哈伯的發現為更詳細地研究這顆行星打開了大門，它也將是韋伯太空望遠鏡進行紅外光譜分析以尋找其他大氣分子的一個很好目標。（編譯／趙瑞青）

資料來源：ESA