天文学家利用恒星发出的光来研究系外行星WASP-121 b的大气层，确定了其大气层中含有铁、铬、钙、钠、镁和镍的光谱特征。天文学家接下来的工作将不再是测量其数据，而是研究这些数据究竟有什么意义。
通过研究恒星散发出的光，天文学家们看到了850光年外的一颗系外行星。它不只是一颗普通的系外行星，而且还是我们所发现的最炙热的一颗——现如今，我们已识别出至少七种金属以气态形式漂浮环绕在大气层中。
这颗系外行星名叫WASP-121b，是一种被我们称作“热木星”的行星，因为它是一颗气态巨行星，它距离主恒星很近，这使它的温度能够与恒星本身相匹敌。当然了，就算主恒星是冷星，它也是一颗恒星。
在系外行星当中，WASP-121b相当有名气。它在2015年首次被发现——一颗质量为木星质量1.18倍的、体积为木星体积1.81倍的系外行星，公转周期只有1.27天。两年后，它成为了第一颗在平流层中有水被发现的系外行星——即使这颗行星得到了极多的热量，非常不适宜繁衍生息。
现在，天文学家们“拉近镜头”观察它的大气层，所发现的令他们感到诧异。
在2500-3000℃（约4500-5500℉）间的温度，仍不是我们所见那些系外行星中最热的温度。但它太炙热了，使其大气层比天文学家们先前研究和观测的行星大气层要简单许多——复杂的分子不会在这样高的温度下形成。
早期的研究表明，分子中含有罕见的钒元素但没有钛元素，这可以很好地解释前期对WASP-121b大气层进行观测得到的光谱。
“先前的研究试图用看似不太合理的理论解释这些复杂的观测结果，”在瑞士伯尔尼大学和日内瓦大学的天文学家Jens Hoeijmakers说道，“但最终事实证明这些理论是正确的。出乎我意料的是，我们确实在观测中发现了钒元素。”
对系外行星的大气层一探究竟并非易事。首先，你需要抓住系外行星在我们和主恒星之间经过的时机，要迈出探寻系外行星第一步，这是一种很好的方法——你在星空中所见的一个极其暗淡又寻常的一个小亮点，实际上向你传达着信息：有一个庞然大物正绕着恒星运动。
为了研究它的大气层，你甚至需要更微弱的信号。
当系外行星经过恒星面前时，会有一部分恒星发出的光穿过大气层。凭借大气层中的某些元素，一些特定波长的光就会被吸收并增强。如果你能捕获到全波长的光谱，这些元素就会显现在吸收光谱和发射光谱中。
如你所想，这个信号并非十分强烈，而且伴有许多干扰。因此，在开始时你需要一个良好的“降噪”装置，避免你需要的数据被损坏。
我们可以通过重合各种跃迁光谱来放大此信号，并使它们更清晰——所以短周期系外行星给我们提供了更多捕获跃迁光谱的机会，同时也更容易分析。举个例子，像木星那样公转周期为12年的系外行星不能成为一个理想的“候选人”，但是WASP-121b的公转轨道对研究很有帮助。
为了获取WASP-121b的一个强光谱，Hoeijmakers和他的团队使用了三个跃迁光谱并对数据进行再处理，这三个光谱是先前由欧洲南方天文台3.6m口径的La Silla望远镜中HARPS摄谱仪所观测到的。他们发现了系外行星大气层中一个有趣的金属混合物，当然了，这其中含有我们刚刚提到的钒元素。紧接着，该团队发现了铁、铬、钙、钠、镁和镍的特殊光谱信号。特别要注意的是，其中并没有早期研究发现的钛元素。
“因为WASP-121b上的温度过高，所有的金属都会蒸发成气态，因此我们可以断定行星的大气中有由气态金属构成的部分。”Hoeijmakers解释道。
炙热的木星也是一个谜一样的星球，像这样对行星大气层进行的分析可以帮助我们更好地理解它们。我们并不知道它们为什么如此靠近恒星，它们又是如何离得这么近的，我们也不得而知。只有通过研究它们的大气层，我们才能知道它们是否就在那里形成，抑或它们有可能是从遥远而偏僻的轨道向内部靠近的“移民”。但这些研究也帮助我们扩大了探测系外行星、寻找外星生命的工具箱。我们现如今所用的识别铁元素和钠元素的技术，再加上更敏感有效的设备，终有一天能帮助我们找到被有机生物体所制造和利用的分子——比如氧气和甲烷。
“通过多年对地球外面的世界的探索，我们现在已经不只局限于测量工作了。”Hoeijmakers说，“我们开始理解仪器和设备展示给我们的数据说明了什么，了解行星之间的相似之处和差异所在。同理，在无数动物物种的特征被人所描绘时，查理斯·达尔文或许要开始研究新的进化论了。我们正开始了解更多：系外行星是如何形成的，它们有怎样的运行规律……”
研究报告已刊登于《天文学与天体物理学》杂志
