小型 低温且含硫的系外行星可能有助于编写行星形成的配方

距离我们太阳系约96光年的一颗气态“矮”系外行星的大气层中出现了令人惊讶的黄色二氧化硫雾霾，这使得该行星成为科学家了解世界如何形成的主要目标。

2012年，当行星的阴影穿过其所绕行的恒星时，天文学家发现了这颗行星GJ3470b。GJ3470b位于巨蟹座，大小约为海王星的一半，质量是地球的10倍。在这几年中，研究人员利用哈勃和斯皮策太空望远镜收集了有关这颗行星的数据，最近又利用詹姆斯·韦伯太空望远镜进行了两次观测。

太阳系外的行星(称为系外行星)就像GJ3470b，是研究行星形成过程的研究人员感兴趣的对象。理想情况下，天文学家会捕捉到穿过行星大气层边缘的恒星发出的光。这样他们就能测量出组成光的光谱，也就是光谱读数，该读数以大气层中发现的有趣分子特有的尖峰和低谷为标志。

威斯康星大学麦迪逊分校天文学教授托马斯·贝蒂说：“问题是，每个人都在观察这些行星，而且通常每个人都会看到一条平线。但是当我们观察这颗行星时，我们真的没有看到一条平线。”

他们发现了水、二氧化碳、甲烷和二氧化硫的证据，贝蒂今天在麦迪逊举行的美国天文学会第244次会议上介绍了这一发现，他将很快与亚利桑那州立大学、亚利桑那大学、美国宇航局艾姆斯研究中心和其他组织的合著者一起在《天体物理学杂志快报》上发表这一发现。该论文可在arXiv预印本服务器上找到。

GJ3470b是拥有二氧化硫的最轻、最冷(平均温度仅为325摄氏度，即600多华氏度)的系外行星。这种化合物很可能是该行星大气中活跃化学反应的标志，当附近恒星发出的辐射将硫化氢成分炸开，然后硫化氢开始寻找新的分子伙伴时，就会产生这种反应。

“我们没想到会在这么小的行星上看到二氧化硫，在意想不到的地方看到这种新分子令人兴奋，因为它为我们提供了一种新方法来了解这些行星是如何形成的，”贝蒂说，他在加入威斯康星大学麦迪逊分校之前曾担任詹姆斯韦伯太空望远镜的仪器科学家。“小行星尤其有趣，因为它们的成分实际上取决于行星形成过程。”

预测这个过程是贝蒂研究的重点之一。这有点像在面包师开始工作时偷看他们，然后在快到甜点时间时再次偷看他们。

“我们桌上摆放着制作蛋糕所需的所有原料，还有成品蛋糕，”他说。“现在，我们能否通过测量蛋糕中的成分来找出配方——将原材料变成最终产品的步骤?”

像贝蒂这样的天文学家希望他们能够做到这一点：通过观察系外行星的情况找出行星形成的秘诀。

比蒂说：“在GJ3470b这样小的行星上发现二氧化硫，让我们在行星形成成分清单上又多了一个重要元素。”

就GJ3470b而言，还有其他有趣的特征可能有助于填补这一空白。这颗行星绕恒星运行的轨道几乎越过了恒星的两极，也就是说，它以与系统中行星的预期轨道成90度角运行。它与恒星的距离也令人惊讶地近，近到恒星发出的光线将大量GJ3470b的大气吹入太空。这颗行星自形成以来可能已经损失了约40%的质量。

近距离、偏离平衡的轨道表明GJ3470b曾经位于其系统中的其他地方，并且在某个时刻，这颗行星与另一颗行星的引力纠缠在一起，被拉向一条新的路径，最终定居在另一个不同的环境中。

“导致其进入极地轨道和损失所有质量的迁移历史——这些是我们通常不知道的有关其他系外行星目标的事情，”贝蒂说。“这些是这颗特定行星形成过程中的重要步骤，可以帮助我们了解类似行星的形成过程。”

通过进一步分析该行星大气中残留的成分，以及借助威斯康星大学麦迪逊分校威斯康星起源研究中心等专门研究原行星盘和迁移动力学的同事的帮助，GJ3470b或许能帮助比蒂和其他人理解像它这样的行星为何如此诱人——至少从天文学家的角度来看是这样。