光譜數(shù)據(jù)分析系外水汽云團與地球的距離

　迄今為止褐矮星是天文學家發(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成的云層讓天文學家們感到非常的意外和驚喜。天文學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成分信息并進行了預測，數(shù)據(jù)預測顯示云層其實離地球并不遙遠。
　　
　在2014年被首次發(fā)現(xiàn)的褐矮星WISE0855是迄今為止天文學家們在太陽系之外發(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家們意外還遠未結束。借助最強大的地基望遠鏡，科學家們在紅外波段取得了另外一項令人興奮的發(fā)現(xiàn)：這顆星球上存在由水汽或冰晶構成的云。
　　
　一個由美國加州大學圣克魯茲分校的天文學家們領銜的研究團隊利用位于夏威夷的北雙子望遠鏡成功獲得了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到由水或水冰組成的云團。
　　
　加州大學圣克魯茲分校天文學與天體物理學副教授安德魯?斯基默(AndrewSkemer)表示：“我們預期像這樣一個如此低溫的天體上應該會存在含水分的云團，而觀測結果證實了這一點。”　　

　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定出來的年份?！　?br />
　科學家借助哈勃空間望遠鏡觀測木星的極光現(xiàn)象，觀測持續(xù)超過一個月，他們希望能夠更加深入地了解木星極光的產生機制。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地球大小。
　　
　這項研究的相關論文即將在《天體物理學報》上刊出，文中指出褐矮星的環(huán)境條件與木星類似。WISE0855的質量大約是木星的5倍左右，它在很多方面都和木星相當類似。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是我們首次有機會對一顆位于太陽系之外，且溫度幾乎與太陽系內的氣態(tài)巨行星一樣低的行星質量天體開展研究。”
　　
　此前在2014年發(fā)表的一項針對褐矮星的研究中，曾經在基于非常有限的測光數(shù)據(jù)的基礎上提出了這類天體大氣中可能存在含水云團的初步猜測。目前，采用光譜分析手段是科學家們了解一顆遙遠天體大氣中分子化學成分的唯一手段。
　　
　WISE0855太過暗弱，對于傳統(tǒng)光譜觀測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生的熱輻射在大約5微米波段提供了一個狹窄的觀測窗口，使得這一波段的光譜觀測“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鏡以及配套的“雙子近紅外光譜儀”對WISE0855進行了13個晚上的觀測，總觀測時間大約14個小時。斯基默指出：“在所有地基望遠鏡開展的光譜觀測中，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。我們的光譜數(shù)據(jù)顯示WISE0855上存在大量水汽和云層，整體而言與木星非常相似。”
　　
　研究人員計算了在-23攝氏度條件下褐矮星的大氣模型并計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。
　　
　模型計算預測該類天體應當會顯示含水汽成分云團的光譜特征，而對于WISE0855的光譜數(shù)據(jù)而言，云層覆蓋的模型對其擬合度是最好的。
　　
　將褐矮星與木星進行對比，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物質的豐度要高得多。
　磷化氫形成于行星高溫的內部并會通過化學反應形成存在于大氣更外側區(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，顯示其大氣湍動沒有木星大氣那么劇烈。
　斯基默表示：“這些光譜數(shù)據(jù)讓我們得以對一顆天體的動力學與化學成分進行調查，這種調查在木星上早已經開展，但這次我們研究的是一個位于太陽系之外的世界。”　　

　藝術示意圖：褐矮星。褐矮星是“失敗的恒星”，這是一類質量介于最大的氣態(tài)巨行星以及最小的恒星之間的過渡類型天體?！　?br />
　這幅動畫表現(xiàn)的是迄今人類觀測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，在兩張時隔6個月，由美國宇航局“廣域紅外巡天探測器(WISE)”拍攝的紅外波段圖像上被識別出來的(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鏡又再次拍攝了它的兩張圖像(綠色三角形)