原文标题：New Way of Probing Exoplanet Atmospheres
来自：ESO； 发表时间：2012.6.27;
原文作者：Ignas Snellen，Matteo Brogi，Jayne Birkby，Remco de Kok，Richard Hook;
翻译：gohomeman1 审校：Linq（编译版权所有，未经许可请勿转载）
天文学家掌握了一种全新的 研究系 外行星 大气细节的 方法 — 即使它未经过母恒星 前方；一个国际团队借助欧洲南方天文台（ESO）的 甚大望远镜（VLT）直接获得了牧夫座τ b的 微弱光芒。因此他们也得以首次研究了其大气成分，并精确测量了其轨道和质量——解决了15年前的 老问题。令人惊讶的 是，团队还发现行星 的 高层大气比预期的 冷。
研究报告将刊登在2012.6.27出版的 《自然》期刊上。
牧夫座τ b和其母恒星 的 艺术概念图。大图下载，版权：ESO，L. Cal?ada。
牧夫座τ b（注1）发现于1995年，是最早发现的 系 外行星 之一，迄今仍是离我们最近的 系 外行星 之一。虽然母恒星 用肉眼就能方便地看见，但其行星 当然看不见。事实上，它是一颗巨大的 “热木星 ”，非常靠近其母恒星 ，仅能通过它的 引力效应发现其存在。
就像大部分系 外行星 一样，牧夫座τ b并不从其母恒星 的 盘面前经过（就是不会发生凌星 现象，我们刚刚看过金星 凌日的 ）。就在不久前，凌星 还是研究热木星 大气的 基本条件：大气会吸收某些特定的 星 光波长，从而在光谱上留下吸收线。而现在恒星 的 光不会被行星 遮挡，我们自然无法研究行星 的 大气成分了。
但现在，经过15年的 不懈努力，天文学家借助ESO位于帕拉纳尔天文台的 甚大望远镜（VLT）上的 高分辨率冷冻近红外中阶光栅仪（CRIRES仪，注2），终于直接探测到了牧夫座τ b的 微弱光芒，从而能够首次可靠地研究其大气结构，精确测量其质量。团队比较了高精度的 红外光谱（2.3微米附近，注3），采用聪明的 新方法，从强烈的 母恒星 信号中梳理出微弱的 行星 信号（注4）。
报告首席作者、荷兰莱顿天文台的 Matteo Brogi 解释说：“感谢VLT和CRIRES仪的 高分辨率，我们得以研究远超过去的 系 统光谱细节。由于整个光谱中，行星 光所占的 仅有0.01%，所以真是很难的 。”
PDF中配图，表述行星 对整个光谱的 影响效应。
大部分的 系 外行星 通过其对母恒星 的 引力作用而发现，因此它们的 质量大小就不够明确：只能分析得到一颗行星 的 质量下限（注5）。而本研究倡导的 新技术就强大得多。直接观测到行星 的 光就能测量行星 的 轨道倾角，因此精确算出其质量。通过跟踪行星 绕恒星 的 运动，团队已经准确测出，牧夫座τ b的 轨道倾角为44°，约6个木星 质量。”
报告合作者，莱顿天文台的 Ignas Snellen分析说：“VLT的 新观测解决了15年来牧夫座τ b的 质量问题。新技术也意味着我们能像分析计算质量那样，精确研究那些不发生凌星 现象的 系 外行星 的 大气，这在以前是不可能做到的 。新技术是个巨大的 进步。”
除了发现牧夫座τ b的 大气微弱光芒、测量行星 质量，团队还统计了大气中一氧化碳（CO）的 数量，以及不同高度的 大气温度，并与理论模型相比较。令人惊讶的 是，新观测表明行星 大气的 高层温度较低，这与预期的 相反——我们在其他热木星 的 大气中发现的 “逆温层”现象：高度越高，温度也越高（注6、7）。
VLT的 成功观测表明，就详细分析不发生凌星 的 系 外行星 的 大气而言，地面望远镜的 高分辨率光谱仪是很有价值的 工具。随着未来更多分子微粒的 发现，天文学家能更多地了解系 外行星 的 大气结构‘通过沿着行星 轨道的 光谱测量分析，天文学家甚至能够跟踪其大气的 日夜变迁。
Ignas Snellen分析说：“新观测展示了像E-ELT这样地面望远镜的 巨大潜能。也许有一天，我们还能发现类地系 外行星 大气中生命活动的 证据。”
团队研究报告已刊登在2012.6.28出版的 《自然》期刊上，标题：“牧夫座τ b的 沿轨道运动中，白昼面发出的 信号。”
附注
1、牧夫座τ b，其中小写的 b代表发现的 围绕母恒星 的 第一颗系 外行星 。τ是希腊字母，是恒星 在星 座图中的 编号。母恒星 本身用牧夫座τ A表述（仅在区别双星 系 统子星 或发现了系 外行星 后，否则无需用A说明）。
圈标出牧夫座τ在星 座的 定位，图中明亮的 α星 就是夏季大三角中的 大角星 。版权：ESO，国际天文学联合会（IAU），天空和望远镜杂志
2、高分辨率冷冻近红外中阶光栅仪，英文为CRyogenic (high-resolution) InfraRed Echelle Spectrometer。
3、在中红外波段，母恒星 的 辐射远小于可见光波段。因此该模式更有利于发现微弱的 行星 信号。
4、本研究区分光谱吸收是来自地球大气还是来自行星 的 方法是：行星 在轨道上绕恒星 运行产生的 速率远大于地球大气分子的 运动。不久前，同一团队使用该技术，测量了一颗系 外行星 凌星 时的 速率。
5、因为我们通常无法知道行星 的 轨道倾角。这样，高倾角的 大质量行星 和小质量的 低倾角行星 会产生相同的 引力效应，而我们无法区分它们。
6、逆温层现象一般认为是在特定波段中，分子辐射的 能量超过了它们吸收的 能量所致。这在斯皮策（红外）空间望远镜拍摄的 热木星 光谱中常见，比如HD 209458b就是最佳研究样本（确认的 第一个蒸发中的 行星 ）。
7、本观测支持此类模型：像牧夫座τ这样与强紫外辐射关联的 色球活动，是抑制逆温层的 主因。
牧夫座τ恒星 周围夜空的 广域图像。目标恒星 在图像正中，它用肉眼就能看到。大图下载，版权：ESO，DSS2