如何区分可居住的世界与生命的煤气巨头

在这位艺术家的印象中，它在其明星的辉光中的超地火灾。是世界可居住和地球，含水气氛，或者是海王星的，在氢气和氦气中出现？

一项新的研究表明如何基于中频分辨率NIR透射光谱（R〜100）的机翼陡度和吸水特征的相对深度的差异区分多云的迷你Neptiunes和挥发性主导的超地。

也许到目前为止发现的最有趣的外产网是那些比我们的岩石，海洋地球更大，但小于冷，气笼罩的天王星和海王星。这种神秘的行星之间的阶级 - 或者被称为超地或迷你Neptunes - 困惑的科学家，因为没有像它们一样存在于我们的太阳系比较的基础。

“我们真的不知道他们是什么，”马萨诸塞术学院天文学研究生Björnbenneke说。“他们可以是我们太阳系中的巨大行星的缩小版本，是地球等地面行星的缩放版本，或完全不同的东西。”

Benneke是Astrophysical Journal接受的纸张的共同作者，试图解决这个烦恼的谜语。基于数值计算机模型，他开发了一种观察战略，让天文学家区分与这些行星相关的两个非常不同类型的大气之间。学习他们的环境将与这些迄今为止不知不觉世界的整体性质与群众的整体性质交谈，群众达到了大约10倍的地球。（天王星和海王星分别有14和17个地球群众。）

两个大气的故事

左边的地球和艺术家对右边的超地球的印象。

第一个情景是由氢气和氦主导的氛围，就像天王星和海王星一样。第二种是主要由较大的化合物组成的气氛，例如水蒸气，二氧化碳和氮素分子，如地面，或一氧化碳和甲烷等。

这两种情景之间的基本差异不仅仅是满足行星科学的令人满意。在所有天文工作的核心观点之一的海王星或更像地球上的海王星或更像地球驱动器的情况下弄清楚。寻找外星生活。

缺乏岩石的表面和海洋，一个气态迷你海王星不会热情地生活，因为我们知道它。另一方面，带有水和其他生物能力化学物质的超地球可以作为繁荣的外星人居民。

至关重要的是，贝尼克提出的迷你Neptunes和超地球之间的识别可以用可用的望远镜来完成。因此，天文学家和公众将不得不等到下一代仪器，例如詹姆斯韦伯太空望远镜在今年晚些时候上线。

“这对它有什么好处是，拟议的观察是可能的当前乐器，”他说。“他们将代表第一个观察婴儿，以说出这些行星上的条件的东西。”

芝加哥大学的贝尼克和同事实际上已经分配了观测时间与哈勃太空望远镜盯着Exoplanet GJ 1214B的长而艰难。他们希望应用他们的数学方法并能够陈述，即使在今年，这个世界的基本特征也是如此。

自2009年被发现以来，科学家们已经在GJ 1214B上辩论了。基于其尺寸和质量-21，地球半径和6.6地球质量-GJ 1214B可以在海洋数百英里深的海洋中覆盖，或者氢气和氦气的厚壳可能会围绕其岩石核心。

行星过境的基本原理图。仪器可以注册星光穿过地球的气氛，揭示了某些气体的存在。

嗅出气氛

Benneke的表征环境的概念依赖于行星途转，这是从地球看到的星球上的外延交叉，并在此运输过程中阻止一些星光。这款轻微调光效果的开普勒特派团看起来超过十万星，揭示了行星的存在和其基本属性的一些。其他空间望远镜，如哈勃和Spitzer Space望远镜，也利用了这种技术。

当运输发生时，星光闪耀通过外延的气氛。基于其组成，厚度，云含量等，不同波长优先穿过这种大气。

通过同时测量在地球在不同波长的运输过程中晕染的星变效，可以推断出行星大气的一般程度和其化学品的延伸。

Benneke发现，虽然可以从该光谱推断出水蒸气和二氧化碳等气体的存在，确定气体的相对量是棘手的。浮肿，富含氢气的大气，具有一分钟的水蒸气和高空云可以显示出与完全水蒸气完全制成的大气的吸水特征。

幸运的是，可视化数据可以提供帮助。当绘制透射谱在图上绘制时，吸收特征的陡度可以是大气成分量的讲述标志。“当图表时，富含水的气氛似乎有动力，但富含氢气的大气表现出更明显和尖峰的签名，”贝尼克说。“这种差异是明确的。”

有效地，该技术可用于测量外部气氛中分子的平均质量。并且方便地，为了区分氢主导的大气从水中区分氢主导的气氛，例如，分子量尖锐地不同。

贝尼克提供了一个例子。比如说，这些超地或迷你海王星候选人之一的平均分子量可能会导致大约18个。马恩克说，这样的P会排除氢主导的气氛，其值将基于氢分子的质量接近两个。氢由单个质子组成，其在周期表上具有一个代表性的质量。（与氢气相关的电子具有可忽略的质量。）水分子H 2 O，每种添加氧的八个质子和八个中子的原子质量为18。（质子和中子在该计算中具有几乎相同的质量，因此寄存器。）

“如果我们知道分子量为18，我们已经可以说大气不能氢结，”贝尼克说。“在另一方面，如果它在大约两到三个的某个地方，那么我们就会知道这个星球必须像海王星一样。”

将外部产胞胎置于测试中

各种超地的艺术家印象。

GJ 1214B成为Benneke概念的理想测试用例。世界紧紧地轨道，一个非常小，昏暗的明星。因此，行星经常相对于我们的有利点的恒星的面对面，提供了大量的数据点的天文学家。此外，行星的运输算块相对大量的宿主明星的光，提供了天文学家，一种更强的信号，可以解析其气氛。“GJ 1214B作为第一个测试用例是最容易做的，”贝尼克说。

他的技术可以适用于其他过渡超地和迷你海王星候选人，其中一些人会对Exoplanet风扇熟悉，包括HD 97658B，55 Cancri和GJ 436B。

这些世界的密度，如GJ 1214b，要求他们比天王星和海王星有更多的岩石或冰冷的内容，但不能完全由地球完全由岩石制成。回答关于它们的剩余组合物是氢气和氦气的问题，如水蒸气，二氧化碳和氮气等氦气，二氧化碳和氮气，比GJ 1412b的观察时间大得多，但不是不可能的。

“我们将能够学习那些行星的大气的东西，如果他们有表面，或者他们只是某种煤气巨头，”贝尼克说。“这些行星可能是这一行星可能会解释他们的质量和半径有很多理论思想，但是没有对我们如何明确区分超地球和迷你海王星的两种情况的解释， 到现在。”

出版物：天体物理学期刊接受

研究报告的PDF副本：如何区分多云的迷你Neptunes和水/挥发性主导的超地

图片：ESO / M。kornmesser; NASA / JPL-CALTECH / R。伤害（SSC）;美国宇航局美国宇航局艾米斯/杰普 - 卡特克