近期，国家天文台研究人员利用位于智利的4米级口径地面望远镜，获取了两颗热木星WASP-69b和WASP-121b的光学波段透射谱，通过模型分析，对它们的大气性质给出了重要的限制。研究结果分别发表在《英国皇家天文学会月报》和《天文和天体物理学研究》上。
热木星是一种比较极端的系外行星，因距离主星很近且轨道周期一般小于10天，行星会被潮汐锁定。长期而强烈的恒星辐射使得行星的日面温度通常可以达到1000K以上。这样的行星大气比较蓬松，光谱信号较强，是行星大气研究最重要的目标源之一。透射光谱是用于研究系外行星大气最重要的数据之一。透射光谱是行星凌星过程中的光谱与凌星外光谱的差异，行星大气的温度结构和化学组成等信息都反映在透射光谱中。因此可以通过透射光谱来刻画行星大气性质。
WASP-69b的半径为1.057±0.047RJup，质量为0.260±0.017MJup，周期约为3.868天。论文作者欧阳青林、王炜等人在透射光谱中发现瑞利散射带来的斜率，推断此行星大气主要由氢气组成。此外，WASP-69b透射光谱在700-900 nm处存在较为明显的摆动信号，结合行星大气模型，作者认为可能是氧化钛吸收导致。一般认为，氧化钛是引起热木星大气温度反转产生逆温层的主要成分，但需要大气有足够高的温度（> 1500K）以维持氧化钛的气态，因此，过去只在超热木星（Teq > 2000K）的大气中探测到氧化钛的存在。这是首次在经典热木星中发现氧化钛存在的证据。
图1：WASP-69b的透射光谱以及对应的反演的最佳拟合模型。蓝线和红线分别为光学透射谱和光学+近红外透射谱的反演最佳拟合模型。下方分别为两个反演模型对应的参数后验分布。两个反演模型均显示出较高的金属丰度。
WASP-121b的半径为1.865±0.065RJup，质量为1.183±0.064MJup，周期约为1.275天。作者发现，他们获得的透射光谱与前人获得的光谱存在差异，前人所获光谱之间也存在较大差异。通过文献调研和对前人数据的再分析，他们认为这种差异可能真实存在，不大可能来源于数据处理过程以及恒星活动性的影响，也即：该行星的大气成分可能随时间而变化。反演分析表明，WASP-121b的大气中存在氧化钛、氧化钒的吸收信号，但这两种成分的丰度与前人的结果也不一致，这一结果进一步支持了该行星大气存在时变现象的可能性。
图2：与图1类似，WASP-121b的透射光谱以及对应的反演的最佳拟合模型。下方的反演参数后验分布图清晰地展示了氧化钛和氧化钒的丰度后验分布，对应了大气中氧化钛、氧化钒的吸收。
这两项工作是首次利用SOAR望远镜开展系外行星大气的观测研究。SOAR全称是Southern Astrophysical Research Telescope，由巴西、智利、美国多家天文机构共同运行。相关观测数据是论文通讯作者王炜在中科院南美天文中心工作期间申请获得的。论文作者指出，与目前主流的大口径地面望远镜和空间望远镜相比，4米级望远镜精度略差，但仍可对行星大气性质做出重要的约束。因此，像SOAR这样的4米级地面望远镜可以成为系外行星大气观测研究的一个成本较低但质量有保证的选择，有利于未来开展更大样本的行星大气观测研究。
图3：位于智利的SOAR望远镜，口径位4.1米
论文1链接：https://academic.oup.com/mnras/article/521/4/5860/7091929