可观测Universe第9章 HD 209458 b

HD b（系外行星） · 描述：第一个被发现具有大气的系外行星 · 身份：围绕恒星HD 运行的热木星距离地球约150光年 · 关键事实：昵称“Osiris”通过凌星观测发现大气蒸发是系外行星研究的重要里程碑。

HD b：宇宙中第一颗“露脸”的系外行星——热木星的“大气革命”与系外研究的里程碑（第一篇幅） 引言：当我们“闻”到系外行星的大气 2001年12月美国宇航局（NASA）的新闻发布会上天文学家杰夫·马西（Geoff Marcy）举起一张光谱图声音因激动而颤抖：“我们……我们探测到了系外行星的大气。

” 台下的记者懵了——在此之前人类发现的100多颗系外行星都只是“看不见的黑点”：我们能知道它们的质量、轨道却从未“触摸”过它们的空气。

而这颗被命名为HD b的行星不仅让人类第一次“看见”了系外行星的大气层更撕开了系外行星研究的“黑箱”——原来宇宙中的行星和我们太阳系的木星有着如此不同的命运。

今天HD b有一个更广为人知的昵称：Osiris（奥西里斯）——埃及神话中掌管重生与死亡的冥王。

这个称呼恰如其分：它是第一颗“暴露”大气的系外行星也是第一颗被观测到“蒸发”的行星。

它的存在不仅改写了人类对系外行星的认知更开启了系外大气研究的黄金时代。

在本篇幅中我们将回到1999年的那个夜晚追踪HD b的“发现之旅”；拆解它的“热木星”本质；揭秘它大气的成分与“蒸发”之谜；最终理解它为何能成为系外行星研究的“第一块基石”。

一、从“凌星信号”到“系外行星确认”：1999年的那个夜晚 要理解HD b的发现必须先回到凌星法（Transit Method）——这是人类寻找系外行星的“第一把钥匙”。

1.1 凌星法：用“恒星的眨眼”找行星 凌星法的核心逻辑很简单：当行星从恒星前方经过时会挡住一部分恒星的光导致恒星亮度周期性下降。

就像用手挡住手电筒光斑会短暂变暗——区别在于恒星的“眨眼”要微弱得多（通常只有0.01%-1%的亮度变化）需要高精度望远镜才能捕捉。

1999年天文学家保罗·巴特勒（Paul Butler）和杰夫·马西领导的团队正在用夏威夷凯克望远镜（Keck Telescope）监测恒星HD 的亮度。

这颗恒星位于飞马座距离地球约150光年是一颗类似太阳的黄矮星（光谱型G0 V）。

连续数周的观测中他们发现：每3.52天HD 的亮度会下降约0.017%——这个信号太规则了不可能是仪器误差或恒星本身的活动。

“我们意识到这是一颗凌星行星。

”巴特勒后来回忆“它的轨道周期只有3.5天离恒星非常近。

” 1.2 确认：不是“食变星”是系外行星 为了排除其他可能（比如双星系统的食变现象）团队做了三件关键验证： 光谱分析：测量恒星的径向速度（朝向/远离地球的速度）。

如果行星存在它的引力会拉动恒星导致光谱线周期性移动。

结果显示HD 的径向速度变化符合一颗0.69倍木星质量的天体绕转——排除了食变星的可能。

亮度曲线拟合：用行星凌星的模型拟合亮度变化得到的行星半径约为1.38倍木星半径——比木星大但质量更小符合“膨胀热木星”的特征。

重复观测：后续数年的跟踪观测确认了亮度下降的周期稳定在3.52天——这是行星轨道的铁证。

1999年11月团队在《天体物理学报》发表论文正式宣布：发现第一颗通过凌星法确认的系外行星——HD b。

但此时没人想到这颗行星的“秘密”远不止“存在”那么简单。

二、HD b的“本体画像”：一颗“膨胀的热木星” 要理解HD b的大气必须先搞清楚它的“基本体质”——这是一颗典型的热木星（Hot Jupiter）但比太阳系的木星更“极端”。

2.1 物理参数：比木星大却更“轻” HD b的核心数据至今仍是系外行星的“经典案例”： 质量：0.69 M_J（木星质量约220倍地球质量）； 半径：1.38 R_J（木星半径约1.38×公里）； 密度：0.37 g/cm3（仅为木星密度的1/4地球的1/35）； 轨道周期：3.52天（比水星绕太阳的周期还短10倍）； 轨道半长轴：0.047 AU（约700万公里仅为水星轨道的1/6）。

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