摘要
近二十年来，人们一直在探测环绕其母恒星运行的气态巨型系外行星(热木星)的大气层1，2．它们使我们能够在极端辐照条件下研究行星大气的化学和物理性质3.．以前对热木星的观测显示，当它们在主恒星前面运行时，水蒸气经常存在4还有一氧化碳5在他们的大气中;这已经根据太阳成分的比例进行了研究6在通常的化学平衡假设下。在HD 209458b的大气中发现了这两种分子以及氰化氢5，7，8这是一颗被充分研究过的热木星(平衡温度在1500开尔文左右)，而氨在那里被初步探测到9随后被反驳10．在这里，我们报告了HD 209458b的观测结果，表明水的存在(H2O)，一氧化碳(CO)，氰化氢(HCN)，甲烷(CH4)，氨(NH3.乙炔(C2H2)，差异有统计学意义(5.3 ~ 9.9)。辐射和化学平衡的大气模型解释了探测到的物种，表明碳氧比接近或大于1，高于太阳值(0.55)的富碳化学。根据现有的将大气化学与行星形成和迁移情景联系起来的模型3.，11，12这表明HD 209458b形成于远离其目前位置的地方，随后向内迁移11，13．其他的热木星也可能显示出比以前发现的更丰富的化学成分，这将使人们经常假设它们具有类似太阳和富氧成分的假设受到质疑。
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实验天文学开放获取2022年1月15日
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数据可用性
支持这项研究结果的原始数据可以在国家伽利略望远镜档案馆公开获得http://archives.ia2.inaf.it/tng/由IA2数据中心主办https://ia2.inaf.it/．
代码的可用性
用于执行GIANO-B数据缩减的Gofio管道在https://atreides.tng.iac.es/monica.rainer/gofio．执行波长校准、大地电磁去除、通过相互关联搜索分子和似然分析的程序使用公共IDL库(在方法中明确指出)，并在文本和/或引用论文中详细说明。即使通讯作者可以根据合理的要求提供这些工具，我们也鼓励其他小组独立开发类似的工具，并进行他们自己的分析，以对本工作中提出的结果进行公正的检查。通讯作者愿意提供任何需要的帮助。支持本文的高分辨率传输模型将在合理要求下提供给S.G.。各种物种的分子横截面可在开放科学框架上获得:https://osf.io/mgnw5/?view_only=5d58b814328e4600862ccfae4720acc3．本文计算的辐射平衡剖面可在Zenodo网站上获得https://zenodo.org/record/4494367．
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确认
我们感谢J. Bean的意见，使我们能够改进手稿。P.G.感谢意大利航天局(ASI)根据2018-24-HH.0合同提供的支持。S.B.感谢意大利航天局(ASI)根据2018-16-HH.0合同提供的支持。M.B.和S.G.感谢来自英国科学技术设施委员会(STFC)研究拨款ST/S000631/1的支持。A.S.B、g.g.、a.m.、g.m.和A.S.确认来自ASI-INAF编号2018-16-HH.0协议的财务贡献。a.s.b.， R. Claudi, g.l.， a.m.， v.n.， l.p.， A.S.和G.S.感谢PRIN INAF 2019的支持。这些结果是基于意大利国家伽利略望远镜(TNG)的观测结果，该望远镜由国家天文研究所(INAF)的Fundación Galileo Galilei (FGG)在天文台del Roque de los Muchachos (La Palma，加那利群岛，西班牙)操作。S.N.Y.承认STFC项目编号ST/R000476/1。导致这些结果的研究得到了欧洲研究委员会(ERC)在欧盟地平线2020研究和创新计划(资助协议编号679633:Exo-Atmos)下的资助。
作者信息
作者及隶属关系
贡献
p.g.、M.B.和G.G.进行了初步数据整理和数据分析。S.G.和P.C.建立了行星大气和透射光谱的理论模型。p.g.、m.b.、a.s.b.、l.f.、s.g.和P.C.对手稿的撰写做出了贡献。p.g.、m.b.、s.g.、a.s.b.和L.F.计划通过互相关技术来评估分子检测的可靠性。基本的观察计划是由a.b.、e.c.、R. Claudi、s.d.、s.b.、a.f.l.、a.m.、e.m.、g.m.、i.p.、e.p.、g.p.构思和组织的，A.S. a.s.s.b.和V.N.计划了观察。R. Claudi负责观测的时间表。M.R.、k.b.、m.p.和i.c.m.r.对GIANO-B进行了观察，A.H.编写、维护和更新了还原管道。A.B.维护和更新观察档案。R. Cosentino, a.f.， a.h.， m.p.， E.P.和A.G.维护和升级了TNG的GIANO-B仪器。d.f.， a.t.， n.s.， m.l.和A.G.对GIANO-B光谱仪的设计和建造做出了贡献。 K.L.C. and S.N.Y. have provided molecular data. All authors contributed to the interpretation of the data and the results.
相应的作者
道德声明
相互竞争的利益
作者声明没有利益竞争。
额外的信息
同行评审信息自然感谢Jacob Bean和其他匿名审稿人对本工作的同行评审所作的贡献。同行评审报告是可用的。
出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。
扩展的数据图形和表格
扩展数据图1 H2HD 209458b大气中的O信号。
一个，互相关值作为行星径向速度半幅值的函数的意义图KP行星的静止坐标系速度V休息．b，行星静止坐标系中相互关函数的值作为轨道相位和的函数V休息．水平虚线表示凌日的入口和出口，而垂直虚线表示行星信号的预期位置。c，轨迹内和轨迹外CCF值的分布。d，互相关值作为函数的显著性V休息．e，互相关值作为函数的显著性KP．虚线表示峰值位置，虚线表示1σ置信区间。
图2 HD 209458b大气的理论压力-温度分布。
图中显示了在辐射和热化学平衡假设下，不同大气碳氧比和金属丰度([M/H])下的温度随压力的变化。
图3 HD 209458b大气的理论压力-丰度分布。
图中显示了在辐射和热化学平衡假设下，不同大气C/O比和金属丰度([M/H])下原子和分子物种的丰度分布(摩尔分数)。每种颜色对应不同的物种(见右上方的关键字)。
图4辐射平衡和热化学平衡的大气模式比较。
六个面板显示了包含所有检测到的物种的混合模型的拟合优度，作为C/O比、金属丰度和云的存在的函数。填充的圆圈表示有云的模型，而空的圆圈表示没有云的清晰模型。对于C/O = 1.05和亚太阳金属丰度为0.001 ×太阳(左上面板)的多云大气，发现了最佳模型。模型的拟合优度显示了相对于最佳模型的标准偏差单位σ(越高σ，这种模式越不受欢迎)。水平虚线表示3σ级别作为区分不同场景的阈值。注意，为了显示的目的y-轴刻度在0σ和1σ，其他地方的对数。
图5 GIANO-B谱阶的选取。
地球的大地光谱和H2O hcn nh3.C2H2、CO及CH4从上到下以相对通量单位表示。颜色显示每个分子为相互关联程序选择的顺序，而灰色垂直带表示由于光谱比对和/或波长定标程序失败而排除的顺序。
图6 GIANO-B光谱分析阶段。
我们的数据缩减过程在一个小波长间隔的例子。一个，提取光谱;b，每个频谱(每行)经中值归一化后的残差(吞吐量校正);c，对每个光谱通道(每列)进行平均减法“标准化”后的残差;d， PCA大地切除后残留;e，每个光谱通道除以其方差并将最终光谱矩阵乘以单个光谱通道方差的中位数后的残差，以保存通量(不应用于似然框架)。
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关于本文
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贾柯布P.，布罗基M.，甘地S.。et al。一颗热巨行星大气中的五种含碳和含氮物种。自然592， 205-208(2021)。https://doi.org/10.1038/s41586-021-03381-x
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系外行星大气特征的不透明性挑战迫在眉睫
自然天文学（2022）
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