光譜數(shù)據(jù)分析系外水汽云團(tuán)與地球的距離

　迄今為止褐矮星是天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)的在太陽系外最寒冷的天體，然而這顆天體上的水汽或者冰晶構(gòu)成的云層讓天文學(xué)家們感到非常的意外和驚喜。天文學(xué)家利用紅外波段光譜數(shù)據(jù)首次揭示了這一天體的化學(xué)成分信息并進(jìn)行了預(yù)測(cè)，數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)顯示云層其實(shí)離地球并不遙遠(yuǎn)。
　　
　在2014年被首次發(fā)現(xiàn)的褐矮星WISE0855是迄今為止天文學(xué)家們?cè)谔栂抵獍l(fā)現(xiàn)的最寒冷的天體。然而這顆距離地球大約7.2光年之外的天體帶給天文學(xué)家們意外還遠(yuǎn)未結(jié)束。借助最強(qiáng)大的地基望遠(yuǎn)鏡，科學(xué)家們?cè)诩t外波段取得了另外一項(xiàng)令人興奮的發(fā)現(xiàn)：這顆星球上存在由水汽或冰晶構(gòu)成的云。
　　
　一個(gè)由美國加州大學(xué)圣克魯茲分校的天文學(xué)家們領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)利用位于夏威夷的北雙子望遠(yuǎn)鏡成功獲得了WISE0855的紅外波段光譜數(shù)據(jù)，從而首次揭示了這一天體的化學(xué)成分信息。
　　
　其中尤其引人注意的發(fā)現(xiàn)便是這顆天體大氣中顯示明顯的水的成分，這是人類首次在太陽系之外探測(cè)到由水或水冰組成的云團(tuán)。
　　
　加州大學(xué)圣克魯茲分校天文學(xué)與天體物理學(xué)副教授安德魯?斯基默(AndrewSkemer)表示：“我們預(yù)期像這樣一個(gè)如此低溫的天體上應(yīng)該會(huì)存在含水分的云團(tuán)，而觀測(cè)結(jié)果證實(shí)了這一點(diǎn)。”　　

　這張圖像展示的是距離太陽最近的一些恒星系統(tǒng)的位置。恒星系統(tǒng)名字后面的年份是它們的距離值被測(cè)定出來的年份?！　?br />
　科學(xué)家借助哈勃空間望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)木星的極光現(xiàn)象，觀測(cè)持續(xù)超過一個(gè)月，他們希望能夠更加深入地了解木星極光的產(chǎn)生機(jī)制。在紫外和X波段的極光現(xiàn)象在木星上持續(xù)出現(xiàn)，其覆蓋范圍超過整個(gè)地球大小。
　　
　這項(xiàng)研究的相關(guān)論文即將在《天體物理學(xué)報(bào)》上刊出，文中指出褐矮星的環(huán)境條件與木星類似。WISE0855的質(zhì)量大約是木星的5倍左右，它在很多方面都和木星相當(dāng)類似。比如它的大氣溫度大約是華氏零下10度(約合-23℃)，這使其溫度幾乎與木星一樣冷。
　　
　斯基默表示：“WISE0855是我們首次有機(jī)會(huì)對(duì)一顆位于太陽系之外，且溫度幾乎與太陽系內(nèi)的氣態(tài)巨行星一樣低的行星質(zhì)量天體開展研究。”
　　
　此前在2014年發(fā)表的一項(xiàng)針對(duì)褐矮星的研究中，曾經(jīng)在基于非常有限的測(cè)光數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上提出了這類天體大氣中可能存在含水云團(tuán)的初步猜測(cè)。目前，采用光譜分析手段是科學(xué)家們了解一顆遙遠(yuǎn)天體大氣中分子化學(xué)成分的唯一手段。
　　
　WISE0855太過暗弱，對(duì)于傳統(tǒng)光譜觀測(cè)手段而言是束手無策的，不管是在可見光波段還是近紅外波段都是這樣。但斯基默指出，這顆天體深層大氣產(chǎn)生的熱輻射在大約5微米波段提供了一個(gè)狹窄的觀測(cè)窗口，使得這一波段的光譜觀測(cè)“極具挑戰(zhàn)但卻并非完全不可能”。
　　
　研究組使用位于夏威夷的北雙子望遠(yuǎn)鏡以及配套的“雙子近紅外光譜儀”對(duì)WISE0855進(jìn)行了13個(gè)晚上的觀測(cè)，總觀測(cè)時(shí)間大約14個(gè)小時(shí)。斯基默指出：“在所有地基望遠(yuǎn)鏡開展的光譜觀測(cè)中，該天體在這一波段比任何其他天體都要暗5倍以上。但既然我們現(xiàn)在已經(jīng)獲得了它的光譜數(shù)據(jù)，我們便能夠開始判斷它的很多性質(zhì)。我們的光譜數(shù)據(jù)顯示W(wǎng)ISE0855上存在大量水汽和云層，整體而言與木星非常相似。”
　　
　研究人員計(jì)算了在-23攝氏度條件下褐矮星的大氣模型并計(jì)算了在不同條件下的光譜特征，其中就包括了有云層和沒有云層的不同模型。
　　
　模型計(jì)算預(yù)測(cè)該類天體應(yīng)當(dāng)會(huì)顯示含水汽成分云團(tuán)的光譜特征，而對(duì)于WISE0855的光譜數(shù)據(jù)而言，云層覆蓋的模型對(duì)其擬合度是最好的。
　　
　將褐矮星與木星進(jìn)行對(duì)比，研究組發(fā)現(xiàn)兩者的光譜中，水吸收特征譜線存在驚人地相似性。而比較明顯的區(qū)別之一則是兩者大氣中磷化氫含量的差異，光譜數(shù)據(jù)顯示木星上這種化學(xué)物質(zhì)的豐度要高得多。
　磷化氫形成于行星高溫的內(nèi)部并會(huì)通過化學(xué)反應(yīng)形成存在于大氣更外側(cè)區(qū)域的其他化合物，因此其在光譜中的存在是木星大氣劇烈翻滾湍流的證據(jù)。而相比之下，WISE0855的光譜數(shù)據(jù)中則缺乏磷化氫信號(hào)，顯示其大氣湍動(dòng)沒有木星大氣那么劇烈。
　斯基默表示：“這些光譜數(shù)據(jù)讓我們得以對(duì)一顆天體的動(dòng)力學(xué)與化學(xué)成分進(jìn)行調(diào)查，這種調(diào)查在木星上早已經(jīng)開展，但這次我們研究的是一個(gè)位于太陽系之外的世界。”　　

　藝術(shù)示意圖：褐矮星。褐矮星是“失敗的恒星”，這是一類質(zhì)量介于最大的氣態(tài)巨行星以及最小的恒星之間的過渡類型天體?！　?br />
　這幅動(dòng)畫表現(xiàn)的是迄今人類觀測(cè)到溫度最低的褐矮星，也是距離太陽距離第四近的褐矮星：WISEJ085510.83-071442.5。其最早是在2010年，在兩張時(shí)隔6個(gè)月，由美國宇航局“廣域紅外巡天探測(cè)器(WISE)”拍攝的紅外波段圖像上被識(shí)別出來的(橘色三角形)。隨后在2013年和2014年，美國宇航局斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡又再次拍攝了它的兩張圖像(綠色三角形)