首先,太阳系外行星的研究领域正逐渐从样本积累转向对这些天体物理性质的深入探究。由于我们目前能直接接触到的仅是这些行星的大气层,其研究自然而然成为一个热门且具有挑战性的课题。然而,由于这些行星表面温度普遍较低,大多数辐射都集中在近红外(NIR)和红外(IR)波段上,这意味着我们必须依赖NIR、IR或者高端空间望远镜设备来进行观测。尽管国内在寻找系外行星方面取得了显著进展,但在大气层观测方面仍存在一定落后。
为了弥补这一缺陷,国家天文台推出了“有偿使用国外望远镜时间计划(TAP)”项目,为国内科学家提供了使用国际先进望远镜的机会。这项计划得到了国台副研究员王炜、研究员赵刚以及马普天文所的合作伙伴van Boekel博士、Henning教授及耶鲁大学Madhusudhan博士等人的支持。在2012年3月2日和4月10日,他们利用TAP项目获得了CFHT宽视场近红外相机(WIRCam)10小时的观测时间,并成功地对密集热带“木星”WASP-43b进行了Ks和H波段的观测。
通过记录该次食深度,即行星与恒星亮度比值,以及对比模型预言,王炜等人认为这种逆温层可能并不适用于该系统。此外,他们还发现白天半球与夜晚半球之间能量交换的小于25%。这项研究成果已经发表在《Astrophysical Journal》上,为相关领域贡献了一份新的知识。
要实现如此精确的光变曲线需要稳定的设备、高效率的观测计划、参考恒星亮度接近目标恒星以及数据处理分析能力。在此过程中,团队达到了约0.03%相对误差,这对于国内来说是一个新纪元,对于国际水平则处于前列。
WASP-43b作为一颗特殊的地球大小火球,它们拥有短暂公转周期(0.81天)、小质量(仅为太阳质量的一半)但却以高温度(1850K)和巨大的密度(两倍木卫一)出现,这使得它成为一个极具吸引力的对象。
图1展示的是Ks波段光变曲线,其中黑色点代表实时流量及其误差,而红色曲线则是理论光变曲线,与实际数据吻合良好,其掩食深度为约0.196±0.029%。
图2显示的是不同来源下的行星与恒星亮度比值,该图中的蓝点表示本次工作所获得结果,而绿色点则来自Gillon等人的工作。而黑色曲线代表理论光谱,其中左边部分假设太阳丰度,比右边部分增加5倍金属丰度。
最后,小插图展示了该系统大气温度-压强轮廓,为我们提供了解解其内部结构的一个窗口。