系外行星HD209458b是一颗气态巨行星，距离地球150光年。图片来源：NASA

本报讯 寻找太阳系外行星的科学家最近研究了3颗类似于木星的遥远的气态巨行星，结果表明，它们都极端干燥。这一发现对现有行星形成理论提出严重挑战。

研究人员用美国宇航局（NASA）的哈勃空间望远镜进行的观测显示，与之前的预期相比，这些被称为“热木星”的系外行星的大气包含的水分只有前者的1/10到1/1000。这一发现有悖于行星形成理论。研究人员在7月24日出版的《天体物理学杂志快报》上报告了这一研究成果。

“热木星”是指大小与木星相当，但温度极高、运行轨道距其绕行恒星非常近的气态巨行星。

这项研究重新分析对系外行星HD 189733b、HD 209458b和WASP-12b的观测结果，这些天体距离地球约20到270秒差距（60到870光年），它们围绕着类似太阳的母星运转，表面温度介于815摄氏度到2200摄氏度，是典型的“热木星”。在每一颗系外行星从其母星前经过时，哈勃空间望远镜便会观测经由行星大气过滤的红外光谱。由英国剑桥大学天文学家Nikku Madhusudhan率领的一个研究团队利用大气模型确定了形成每一颗行星光谱的元素构成情况。

结果表明，所有这3颗热木星的环境都比木星本身还要干燥。其中进行了最精密测量的HD 209458b似乎是最干燥的，测到的大气水蒸气含量介于4到24ppm（百万分之一）之间——其大气比木星大气要干燥1000倍，比太阳则干燥100倍。Madhusudhan说：“我们现在能以比以前大得多的确定性宣布，我们已经在系外行星找到了水。但是，其含量之低令人相当吃惊。”

研究人员指出，在当前的理论下，行星通常能够比它们的母星更快地积聚分子，例如水。热木星通常形成于恒星系统中富含水的区域，并向着它们的母星迁移。但Madhusudhan指出，新发现表明，这些理论可能要修改。

“基本上，这说明行星形成理论遇到了大麻烦。”Madhusudhan说，“我们期盼着在这些行星中找到大量的水。但现在我们不得不重新讨论巨行星尤其‘热木星’的形成与迁移模型，研究它们是怎么形成的。”

与此同时，一些科学家更偏爱另一种可能的解释。位于系外行星高空的云团可能会模糊哈勃空间望远镜对于隐藏在大气底层的水蒸气的观测。如果真是如此，并未参与该项研究的美国新泽西州普林斯顿大学天文学家Adam Burrows说：“他们的结论则是完全站不住脚的。”

Madhusudhan认为尽管存在这种可能性，但云团不太可能使其研究结果发生偏移。Madhusudhan同时认为，这一发现意味着，未来科学家寻找潜在宜居的地球大小的系外行星时，“可能得准备面临其含水量比预想低得多的情况”。

根据现有的行星形成理论，行星是在年轻恒星周围由氢、氦、冰和尘埃粒子组成的尘埃星盘中形成。这些粒子聚集在一起日益增大，直到在引力作用下形成一个固体核，继续吸引周围的尘埃和气体后形成巨大的行星。在这个过程中，行星大气的氧应该大体上以水蒸气的形式存在。但Madhusudhan及其美国与加拿大的同行发现水蒸气含量极低，给这一理论“提出了许多问题”。

研究人员希望，正在不断提升性能的天文望远镜，包括NASA的詹姆斯韦伯空间望远镜以及其他在建的大型地基设备，未来将能够提供高分辨率的数据，从而驱散当前的困惑。（赵熙熙）