系外行星如此輕，可以漂浮在水面上 如果有足夠大的海洋，就足夠了嗎？它用一層比任何行星上所見過的任何東西都厚的薄霧掩蓋了它最親密的秘密，繼續惹惱天文學家。
霧太大了，我們看不清楚照片。 詹姆斯韋伯太空望遠鏡 （JWST）可以被穿透，留下這個超低密度世界及其姊妹行星現在如何形成的謎團。
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Kepler-51d 是圍繞一顆小恆星運行的四行星系統的成員。 太陽-喜歡 星星 2,615 光年 離開。它們是由美國宇航局發現的。 克卜勒太空望遠鏡它透過恆星在凌日過程中被阻擋的光量來觀察繞著其恆星運行的行星。天文學家已經推算了地球的大小。以及傳輸時間的變化，即每個行星的引力拉動和推動其他行星的方式。當它們經過時，這明顯不同——它們的質量被測量了。行星 51b、c 和 d 的倍數分別為 7.1、9 和 9.7。 地球半徑分別使它們的大小大致相同 土星。
然而，行星 b、c 和 d 的質量分別僅為地球的 3.7、5.6 和 5.6 倍。另一方面，土星的質量是地球的 95 倍。因此，這些世界的大小與土星相似。但它的質量（小得多）（e系統中的第四顆行星直到2024年才被發現，其質量和半徑尚未得到任何精確度的測量）。
值得注意的是，行星51b、c、d的密度與棉花糖的密度相同。 （或者我們在英國稱之為棉花糖！）而不是更熟悉的行星。
因此，Kepler-51d 和其他超低密度世界因此與我們的星球完全不同。 太陽系。以氣態巨行星為例。 木星 或者土星等，它有一個大的、緻密的、輪廓清晰的核心，核心本身比地球大10倍。這些核心首先形成。然後，它們的引力吸引了 45 億年前環繞太陽的行星形成盤中的氣體質量。
相反，Kepler-51 的超低密度世界「核心很小，大氣層很大，這使得它們的密度類似於棉花糖，」利比-羅伯茨說。目前尚不清楚這些小核心如何能夠累積如此多的氣體。
因此，為了找到答案，當 Libby-Roberts 在賓州州立大學時，她正帶領一個團隊在 2020 年探索 Kepler-51 系統。與光譜使用 哈伯太空望遠鏡廣角相機3的目的是尋找地球周圍大氣的化學成分的跡象。這可以提供這些世界形成時距恆星有多遠的線索。為什麼後來地球變得這麼小？密度低，毫無疑問它們富含氫和氦。它無疑是宇宙中最輕、最常見的元素。但大氣中存在的各種微量氣體可以告訴我們更多關於它們的起源的資訊。
然而，哈伯並沒有發現任何化學物質的痕跡，這使得利比-羅伯茨和她的同事懷疑，行星的大氣層可能覆蓋著一層無定形的薄霧。
Libby-Roberts 現在已返回 Kepler-51 系統。它使用 JWST 的近紅外光譜儀 (NIRSpec) 嘗試探測 Kepler-51d 的大氣層。更難的是希望檢測其化學成分。
他們的目標是透過傳輸光譜來實現這一目標。當 Kepler-51D 繞著恆星運行時，一些恆星的光會透過行星的大氣層。任何存在的分子都可以吸收恆星的光波長。它們應該以吸收線的形式出現在恆星的光譜中。
「恆星的光在到達我們的望遠鏡之前會經過地球大氣層的過濾，」利比-羅伯茨說。 “如果我們觀察光譜中的波長，我們會發現行星大氣層的指紋，從而揭示其成分。”
但光譜仍然沒有顯示出 51d 大氣層中的化學跡象，這意味著現有的煙霧一定是系外行星上發現的最厚的煙霧。即使是比哈伯望遠鏡工作波長更長的近紅外光譜儀也無法看穿它。
「它看起來與我們在土星最大的衛星上看到的煙霧非常相似。 泰坦其中含有甲烷等碳氫化合物“Kepler-51d 似乎有大量的煙霧。幾乎是地球的半徑”
目前還沒有行星形成模型可以解釋低密度世界是如何形成的。特別是靠近它的恆星，如果將 51b、c 和 d 發送到我們的太陽系。所有的世界都集中在其軌道內的一個區域。 金星。
「（51d）有可能在更遠的地方形成並向內移動。但我們仍然對這顆行星和這個系統中的其他行星是如何形成的有很多疑問，」利比-羅伯茨說。 「這個系統創造了這三顆奇怪的行星。這是我們以前從未見過的極端組合。”
我們可能會看到這些行星處於過渡階段。這個系統已有 5 億年的歷史。與我們 45 億年前的太陽系相比，這仍然是非常新的。年輕時的開普勒51恆星仍然活躍，它的恆星風吹走了行星極其稠密的外層氣體。也許如果我們十億年後回來，每個行星的大部分氣體都已被清除，只留下一個小核心。
有些答案可能仍在等待。一個單獨的團隊正在進行 NIRSpec 的 Kepler-51b 觀測，試圖找到大氣成分的證據。他們可能會發現它籠罩在煙霧中。但如果他們成功了，這些觀察結果可能也適用於 51c 和 d。
Kepler-51d 的測量結果隨後發表在 3 月 16 日的期刊上。 天文雜誌。
