摘要gydF4y2Ba
从行星发射的红外辐射包含有关其大气的化学成分和垂直温度分布的信息gydF4y2Ba1gydF4y2Ba，gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba．如果上层比下层冷，分子气体将在行星热谱中产生吸收特征gydF4y2Ba4gydF4y2Ba，gydF4y2Ba5gydF4y2Ba．相反，如果存在平流层(温度随海拔升高而升高)，这些分子特征将在发射中被观察到gydF4y2Ba6gydF4y2Ba，gydF4y2Ba7gydF4y2Ba，gydF4y2Ba8gydF4y2Ba．有人认为，平流层可以在高度辐照的系外行星上形成gydF4y2Ba9gydF4y2Ba，gydF4y2Ba10gydF4y2Ba但这种情况发生的程度在理论上都没有解决gydF4y2Ba11gydF4y2Ba，gydF4y2Ba12gydF4y2Ba并根据观察gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba13gydF4y2Ba，gydF4y2Ba14gydF4y2Ba，gydF4y2Ba15gydF4y2Ba．以前关于平流层存在的说法gydF4y2Ba14gydF4y2Ba由于主星的高度变化和测量的低光谱分辨率所带来的挑战，这仍然是一个悬而未决的问题gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba．在这里，我们报告了超高温气体巨星WASP-121b的近红外热光谱，其平衡温度约为2500开尔文。水在发射中被分解，提供了一个系外行星平流层的探测gydF4y2BaσgydF4y2Ba的信心。这些观测结果表明，大量的入射恒星辐射被保留在大气的高海拔，可能是通过吸收化学物质，如气态氧化钒和氧化钛。gydF4y2Ba
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超热巨型系外行星WASP-121b平流层的日变化gydF4y2Ba
自然天文学gydF4y2Ba开放获取gydF4y2Ba2022年2月21日gydF4y2Ba
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确认gydF4y2Ba
这项工作是基于NASA/ESA HST的观测，由AURA公司运营的空间望远镜科学研究所(STScI)获得。这项工作还部分基于斯皮策太空望远镜的观测结果，该望远镜由加州理工学院喷气推进实验室根据与美国宇航局的合同操作。导致这些结果的研究已获得欧洲研究理事会根据欧盟第七框架计划(FP7/2007-2013)/ERC资助协议no。该项目由ERC Horizon 2020研究与创新计划(资助协议编号:336792)资助。724427)。这项工作由NASA通过STScI的HST-GO-14767“全色比较系外行星库(PanCET)”计划下的赠款提供支持。J.G.感谢来自Leverhulme信托基金研究项目的资助。H.R.W感谢NASA博士后项目的支持，该项目由大学空间研究协会通过与NASA的合同管理。M.S.M.感谢NASA系外行星研究项目的支持。J.K.B.感谢皇家天文学会奖学金的支持。 D.E. and V.B. acknowledge the financial support of the National Centre for Competence in Research “PlanetS” supported by the Swiss National Science Foundation (SNSF). A.L.E. acknowledges support from CNES and the French Agence Nationale de la Recherche (ANR), under programme ANR-12-BS05-0012 “Exo-Atmos”. J.S.-F. acknowledges support from the Spanish MINECO through grant AYA2014-54348-C3-2-R. G.W.H. acknowledges support from NASA, NSF, Tennessee State University, and the State of Tennessee through its Centers of Excellence programme. L.B.-J. and P.L. acknowledge support from CNES (France) under project PACES. P.T. and D.S.A. acknowledge funding from the European Research Council under the European Union Seventh Framework Program: grant 247060-PEPS.
作者信息gydF4y2Ba
作者及隶属关系gydF4y2Ba
贡献gydF4y2Ba
T.M.E.和D.K.S.设计了WASP-121的HST观测。D.K.S.和m.l.m。领导了HST财政项目，并得到了所有作者的支持。T.M.E.领导了HST的数据分析，n.n.， H.R.W.和d.d.d.提出并设计了斯皮策观测并分析了数据。D.K.S.领导了检索分析。t.k.， j.g.， m.s.m.， A.L.E.和P.T.对数据提供了额外的理论解释。R.L.为理论解释提供了分子吸收截面。T.M.E.与d.k.s.、t.k.、M.S.M.和A.L.E.一起撰写了手稿。所有作者都讨论了结果，并对论文进行了评论。作者名单按M.S.M.后的字母顺序排列gydF4y2Ba
相应的作者gydF4y2Ba
道德声明gydF4y2Ba
相互竞争的利益gydF4y2Ba
作者声明没有相互竞争的经济利益。gydF4y2Ba
额外的信息gydF4y2Ba
审核人信息gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba感谢K. Heng和其他匿名审稿人对本工作的同行评议所作的贡献。gydF4y2Ba
出版商注:施普林格《自然》杂志对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。gydF4y2Ba
扩展的数据图形和表格gydF4y2Ba
图1 WASP-121b的光谱光曲线。gydF4y2Ba
模拟gydF4y2Ba，具有光子噪声1的每个光谱通道的原始归一化光曲线gydF4y2BaσgydF4y2Ba误差条(橙色和绿色圆圈)，以及最佳拟合日食信号乘以线性时间趋势(灰色线)。垂直偏移已经应用于视觉清晰度。标签标明了每个通道的中心波长。gydF4y2BaegydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BahgydF4y2Ba，中各光谱光曲线去除最佳拟合日食信号和线性时间趋势后的模型残差gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BadgydF4y2Ba，分别为光子噪声1gydF4y2BaσgydF4y2Ba误差条(橙色和绿色圆圈)和最佳拟合高斯过程模型的随机分量(黑线)。请注意，对于大多数通道，在考虑线性时间趋势后，残差中的相关性是最小的。gydF4y2Ba
扩展数据图2 WASP-121b按发射源和重要分子吸收截面分解的模型热谱。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba，类似于gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba，显示WASP-121b热光谱的HST测量结果(棕色圈;误差条，1gydF4y2BaσgydF4y2Ba不确定性)。红线表示最佳拟合模型(HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO和VO)由检索分析得到。其他彩色线表示使用相同方法生成的模型热谱gydF4y2BaTgydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BaPgydF4y2Ba最适合的模型，但由于每个分子的不透明度关闭一个接一个:VO关闭(蓝线)和HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO off(绿线)。gydF4y2BabgydF4y2Ba，合理气相吸收器(颜色编码，键在右上角)在WFC3带通上的吸收截面。键中的文本标签给出了应用于每个横截面的重新缩放因子，以使它们适合于单个垂直轴(H除外)gydF4y2Ba2gydF4y2Ba没有重新缩放的O截面。请注意，VO横截面被重新缩放了0.03倍，这与VO相对于H的丰度是一致的gydF4y2Ba2gydF4y2BaO为最佳拟合模型(gydF4y2Ba扩展数据表4gydF4y2Ba）.gydF4y2Ba
扩展数据图3有和没有平流层模型的比较。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba，一系列的gydF4y2BaTgydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BaPgydF4y2Ba用参考的解析参数化计算了有和没有平流层的剖面。gydF4y2Ba23gydF4y2Ba．红线对应从MCMC反演分析中获得的具有强平流层的模式，绿线表示具有弱平流层的模式。浅蓝色和深蓝色线分别显示了温度下降和温度强烈下降的模式。黄线表示温度为2700 K的最佳拟合等温模型。gydF4y2BabgydF4y2Ba，对应的贡献函数在WFC3 G141带通上平均，表示在这些波长探测的近似压力。gydF4y2BacgydF4y2Ba，对应的热谱图，带HgydF4y2Ba2gydF4y2Ba带有平流层的模型的发射(红色和绿色线)和吸收(浅蓝色和深蓝色线)中可见O和VO带。等温模型具有无特征的黑体谱(黄线)。gydF4y2Ba
辐射-对流平衡的自洽模型。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba，类似于gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba，但在辐射平衡中显示自洽模型:中位数HgydF4y2Ba2gydF4y2Ba反演分析得到的O和VO丰度(浅蓝色线);HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO丰度设置为中值，VO丰度设置为68%可信范围的较低值(绿线);太阳金属丰度，但不含VO和TiO，且采用具有吸收截面的任意吸收体gydF4y2BaκgydF4y2Ba= 0.02厘米gydF4y2Ba2gydF4y2BaggydF4y2Ba−1gydF4y2Ba(粉色线);和15倍太阳金属丰度，但不含VO和TiO，并与任意吸收体配合gydF4y2BaκgydF4y2Ba= 0.06厘米gydF4y2Ba2gydF4y2BaggydF4y2Ba−1gydF4y2Ba(深蓝色线)。对于后两个模型，任意吸收体在0.43-1 μm波长范围内具有灰色不透明度，并假设其均匀分布于整个大气中。温度为2,700 K的最佳拟合等温模型也显示出来(黄线)。棕圆带误差条，HST数据带1gydF4y2BaσgydF4y2Ba不确定性:插入放大尺度上的HST数据。gydF4y2BabgydF4y2Ba,相应的gydF4y2BaTgydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BaPgydF4y2Ba所有的档案都有平流层gydF4y2Ba−2gydF4y2BaBar到10gydF4y2Ba−5gydF4y2BaBar压力范围。粗线表示通过WFC3 G141带通探测的主要压力水平。gydF4y2Ba
扩展数据图5 WASP-121b的MCMC检索分析的后验分布。gydF4y2Ba
沿对角线的面板显示热发射模型每个参数的边缘后验分布(gydF4y2BaκgydF4y2Ba红外gydF4y2Ba，gydF4y2BaγgydF4y2Ba1gydF4y2Ba，gydF4y2BaβgydF4y2BaHgydF4y2Ba2gydF4y2BaO丰度，VO丰度)，列中从左到右显示，行中从上到下显示。橘色实线表示后中位数，橘色虚线表示两侧包含±34%样本的范围。对角线以下的面板显示后验分布作为每个参数对的函数，从浅到深的阴影增加概率。作为gydF4y2BaγgydF4y2Ba1gydF4y2Ba控制光学不透明度，与辐射效率因子有较强的反相关性gydF4y2BaβgydF4y2Ba，其中较低的辐射效率值由较高的光学不透明度所补偿，反之亦然。每个分子的丰度(HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO, VO)和参数gydF4y2BaκgydF4y2Ba红外gydF4y2Ba控制整个大气的不透明度。更高的丰度和更高的值gydF4y2BaκgydF4y2Ba红外gydF4y2Ba在较低的压力下产生平流层，反之亦然。gydF4y2Ba
扩展数据图6应用于WASP-43b热发射数据的ATMO检索代码。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba，黑色数据点为参考文献中WASP-43b的实测热发射数据。gydF4y2Ba48gydF4y2Ba，由HST/WFC3和Spitzer/IRAC观测数据组成。垂直误差条为1gydF4y2BaσgydF4y2Ba不确定度和水平误差条给出了光度带通。红线显示了从ATMO检索分析中获得的最佳拟合光谱，阴影表示包含68%、95%和99.7% MCMC样本的区域。插图显示了HST数据的放大视图。得到了HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO与CHIMERA检索码得到的公布值一致gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，gydF4y2Ba3.gydF4y2BaATMO检索对最小值测量的数据有较好的拟合gydF4y2BaχgydF4y2Ba2gydF4y2Ba．gydF4y2BabgydF4y2Ba,最佳gydF4y2BaTgydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BaPgydF4y2Ba用ATMO(蓝色实线)和CHIMERA(绿色实线)检索的剖面。两种分析都在68%的可信范围内(蓝色和绿色虚线)。gydF4y2Ba
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埃文斯，T，辛，D，卡塔利亚，T。gydF4y2Baet al。gydF4y2Ba一颗具有平流层的超高温气体巨行星。gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba548gydF4y2Ba， 58-61(2017)。https://doi.org/10.1038/nature23266gydF4y2Ba
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