如何得知行星的大氣成分?
傾夏暖桑榆
行星不發(fā)光,但是它可以反射恒星的光,大氣中的特定分子會(huì)在特定的波長(zhǎng)上吸收反射光,留下某些化學(xué)元素的信息,當(dāng)行星運(yùn)行到恒星背后的時(shí)候,反射光突然消失,那些特有的反射光不見了,通過在不同波段的觀察,再與恒星的光比較,就可以知道這顆行星的大氣層由什么構(gòu)成。
當(dāng)行星從恒星前面經(jīng)過的時(shí)候,叫做凌星,當(dāng)行星運(yùn)行到恒星背后的時(shí)候叫做次食,觀測(cè)次食,能讓我們得知很多行星的訊息,尤其是它的大氣成分。
研究它們的大氣成分,需要使用光譜儀,在大型望遠(yuǎn)鏡上帶有光譜儀,可以觀測(cè)遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光譜。光波是由原子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的電子產(chǎn)生的,各種物質(zhì)的原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)情況不同,所以它們發(fā)射的光波也不同。研究不同物質(zhì)發(fā)光和吸收光的情況,有重要的理論和實(shí)際意義,已成為一門專門的學(xué)科——光譜學(xué)。
行星不發(fā)光,但是它可以反射恒星的光,具體反射什么樣的光,取決于這顆行星的大氣,大氣中的特定分子會(huì)在特定的波長(zhǎng)上吸收反射光,留下某些化學(xué)元素的信息,當(dāng)它走到恒星背后的時(shí)候,反射光突然消失,在這個(gè)明確的時(shí)間,那些特有的反射光不見了,通過在不同波段的觀察,再與恒星的光比較,就可以知道這顆行星的大氣層包含哪一些化學(xué)元素。
對(duì)于那些軌道與我們的視線垂直的恒星系來說,行星不會(huì)發(fā)生凌星現(xiàn)象,要研究它們的大氣就需要強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡,2014年底,借助歐洲的甚大望遠(yuǎn)鏡,研究了牧夫座τb這顆不會(huì)發(fā)生凌星現(xiàn)象的行星大氣,首先看到了這顆行星的光,當(dāng)然這是反射的恒星光芒,當(dāng)這些光芒來到地球的時(shí)候,只要區(qū)分出來它的特性不是地球大氣造成的,就可以判斷出這些特性是行星的,于是就得到了行星大氣的信號(hào),進(jìn)一步判斷出這顆行星的大氣特征。
現(xiàn)在,已經(jīng)在日外行星上發(fā)現(xiàn)鈉元素,還從GJ1214b上發(fā)現(xiàn)了水和氫氣。行星上存在著什么元素,直接跟是否能找到生命有關(guān),還可以告訴我們那里是否適合我們居住。
一般來說,溫度在一兩千度的行星上,大氣層中的絕大多數(shù)碳會(huì)跟氧結(jié)合成為一氧化碳,真正值得研究的是那些溫度低于一千度的行星,這里的碳會(huì)跟氫結(jié)合形成甲烷,甲烷是生命存在的信號(hào)。另外,三個(gè)氧原子組成的臭氧也是生命存在的重要信號(hào)。