國內首次探測到太陽系外行星熱輻射

　　太陽系外行星的研究重心已經從最初的樣本積累慢慢轉變到對行星的天體物理性質的研究。其中，系外行星大氣是目前人類唯一能探測到的部分。研究行星大氣已成為熱門課題，同時也是難點課題。行星溫度偏低，主要輻射集中在近紅外NIR和紅外IR波段，要研究其大氣需要NIR、IR或者空間望遠鏡設備。由于缺乏這樣的先進設備，國內雖在系外行星的搜尋方面緊跟國際步伐，但是在大氣觀測方面卻比較落后。國家天文臺開展的“有償使用國外望遠鏡時間計劃 (TAP)”為國內該領域的研究提供了必要條件。

　　國臺副研究員王煒、研究員趙剛與馬普天文所合作者van　Boekel博士、 Henning教授，耶魯大學Madhusudhan博士等人合作，利用TAP項目獲得了CFHT的寬視場近紅外相機(WIRCam)10小時的觀測時間。他們在2012年3月2日和4月10日分別在Ks和H波段觀測了致密的、熱“木行星”WASP-43b，并成功測量了其在H和Ks波段其二次掩食的食深(次食的食深可近似認為是行星和恒星亮度的比值)，進一步估算了該行星的亮溫度，約為1850K，非常熱。通過與模型預言對比，王煒等人認為該行星存在逆溫層的可能性不大，且其白天半球和夜晚半球之間的能量交換很小(<25%)。該項研究成果已于近期發表于國際天文期刊Astrophysical　Journal。

　　熱木行星與其主星的亮度比(即次食深度)在NIR波段約為0.1%，需要很高的測光精度。要實現這一目標，需要穩定的設備、完備的觀測計劃、亮度接近的參考星、細致的數據處理和分析手段。王煒領導的團隊在該項研究中獲得了約0.03%的相對測光精度，這在國內尚屬首次，在國際上處于一流水平。

　　WASP-43b行星系統比較特別，其公轉周期很短(0.81天)，在擁有“熱木星”的主星中質量最小(0.6倍太陽質量)，溫度最低(4400K)，行星溫度高(1850K)，然而行星密度很大，約為木星密度的兩倍。

圖1:Ks波段的光變曲線,黑色數據點是實測相對流量及其誤差,紅色曲線是與觀測吻合的最好的理論光變曲線。掩食深度約0.196±0.029%。

圖2:行星與恒星亮度的比值圖,其中藍色點是該項工作的測量值,紅色點是來自Gillon　等(2012)年的工作,綠色點是理論光譜換算成對應的測光數 據的值。黑色曲線是理論光譜,其中左邊圖是假設太陽豐度比,右邊假設金屬豐度相對于太陽超豐5倍。小插圖是行星大氣的溫度-壓強輪廓。