科学家在实验室中重现外星大气雾霾

NASA/ESA/CSA 詹姆斯·韦伯太空望远镜已开始其科学任务，其中包括凌日系外行星的大气特征。韦伯观测到的第一批系外行星中的一些温度低于 1,000 K(727 摄氏度或 1,340 华氏度)，这是预计会形成大气雾霾的区域。这些雾霾的光学特性控制着它们与光的相互作用，对于解释系外行星的观测结果至关重要，但目前还没有相关的实验数据。现在，约翰·霍普金斯大学天文学家 Chao He 及其同事测量了在富含水的系外行星大气实验中产生的有机雾类似物的密度和光学特性。他们的研究结果为研究系外行星的大气化学提供了新工具，并将帮助科学家模拟水系外行星如何形成和演化。

约翰·霍普金斯大学天文学家莎拉·霍斯特说：“大局是太阳系外是否存在生命，但试图回答这类问题需要对所有不同类型进行非常详细的建模，特别是在富含水的行星中。”

“这是一个巨大的挑战，因为我们没有足够的实验室工作来做到这一点，所以我们正在尝试使用这些新的实验室技术来从我们用所有这些大型奇特望远镜获取的数据中获取更多信息”。

“行星的大气层是否含有雾霾或其他颗粒，对全球温度、进入星光的水平以及其他可能阻碍或促进生物活动的因素都有显着影响。”

何博士、霍斯特博士和合著者在实验室内定制设计的室中进行了实验。

“我们是第一个确定太阳系以外的水行星中可以形成多少雾霾的人，”霍斯特博士说。

雾霾由悬浮在气体中的固体颗粒组成，它改变了光与气体相互作用的方式。

不同程度和种类的雾霾会影响粒子在大气中的扩散方式，从而改变科学家用望远镜探测到的遥远行星的范围。

“当我们试图了解一颗行星是否适合居住时，水是我们首先要寻找的东西，并且已经对系外行星大气中的水进行了令人兴奋的观察，”何博士说

“但我们的实验和模型表明这些行星很可能也含有雾霾。”

“这种雾霾确实使我们的观测变得复杂，因为它遮蔽了我们对系外行星大气化学和分子特征的看法。”

天文学家用望远镜研究系外行星，观察光如何穿过其大气层，发现大气气体如何吸收不同色调或波长的光。

扭曲的观测可能会导致对空气中重要物质(例如水和甲烷)的数量以及大气中颗粒的类型和水平的错误计算。

“这种误解可能会损害科学家关于全球温度、大气层厚度和其他行星状况的结论，”霍斯特博士说。

作者调制了两种含有水蒸气和其他假设在系外行星中常见的化合物的气体混合物。

他们用紫外线照射这些混合物，以模拟来自恒星的光如何引发产生雾霾颗粒的化学反应。

然后，他们测量了粒子吸收和反射的光量，以了解它们如何与大气中的光相互作用。

新数据比之前的研究更准确地匹配了经过充分研究的系外行星Gliese 1214b的化学特征，表明具有不同光学特性的雾霾可能会导致对行星大气层的误解。

“外星大气可能与我们太阳系的大气非常不同，”霍斯特博士说。

“有超过 5,000 颗已确认的系外行星具有不同的大气化学成分。”

该团队的论文发表在《自然天文学》杂志上。