迄今為止，對系外行星大氣化學(xué)成分的最廣泛調(diào)查表明，趨勢正在挑戰(zhàn)當(dāng)前的行星形成理論，并且對尋找太陽系及以后的水具有影響。

由劍橋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員使用來自19個系外行星的大氣數(shù)據(jù)來獲得對其化學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)的詳細(xì)測量。研究中的系外行星的大小范圍很大-從近10個地球質(zhì)量的“小海王星”到600多個地球質(zhì)量的“超木星”-以及溫度，從近20C到2000C以上。就像我們太陽系中的巨型行星一樣，它們的大氣層富含氫，但是它們繞不同類型的恒星運行。

研究人員發(fā)現(xiàn)，雖然水蒸氣在許多系外行星的大氣中很普遍，但其含量卻比預(yù)期的低得多，而在某些行星中發(fā)現(xiàn)的其他元素的含量與預(yù)期相符。該結(jié)果是《關(guān)于天體物理學(xué)雜志快報》的一項有關(guān)我們太陽系外行星大氣化學(xué)成分的五年研究計劃的一部分。

劍橋大學(xué)天文研究所的項目負(fù)責(zé)人Nikku Madhusudhan博士說：“我們看到的是外星世界中化學(xué)模式的最初跡象，而且我們看到它們在化學(xué)成分方面可以有多種選擇。”五年前首次測量了巨大系外行星中的低水蒸氣豐度。

在我們的太陽系中，巨型行星大氣中相對于氫的碳含量明顯高于太陽。這種“超太陽”的豐度被認(rèn)為是在行星形成時起源的，并且大量的冰，巖石和其他顆粒以所謂的吸積過程被帶入行星。

據(jù)預(yù)測，在巨大的系外行星大氣中，其他元素的豐度也同樣很高，尤其是氧氣，它是宇宙中氫和氦之后含量最高的元素。這意味著，作為氧氣的主要載體的水在這種氣氛中也被認(rèn)為是過量的。

研究人員使用了來自天基和地基望遠(yuǎn)鏡的大量光譜數(shù)據(jù)，包括哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡，智利的超大型望遠(yuǎn)鏡和西班牙的Gran Telescopio Canarias。可獲得的觀測值的范圍以及詳細(xì)的計算模型，統(tǒng)計方法以及鈉和鉀的原子性質(zhì)，使研究人員能夠獲得整個樣品系外行星大氣中化學(xué)豐度的估計值。

研究小組報告了19個行星中有14個的水汽含量豐富，以及每個6個行星中的鈉和鉀含量豐富。他們的研究結(jié)果表明，相對于其他元素而言，氧氣已經(jīng)消耗and盡，并為這些系外行星的形成提供了化學(xué)線索，而實際上卻沒有積冰。

Madhusudhan說：“令人難以置信的是，在圍繞著各種恒星運轉(zhuǎn)的眾多行星的大氣層中，水含量如此之低。”

主要作者路易斯·韋爾班克斯說：“考慮到我們還無法對太陽系中的巨型行星(包括我們最近的天然氣巨人鄰居木星)進行同樣的處理，測量系外行星大氣中這些化學(xué)物質(zhì)的含量是非常不尋常的。”天文學(xué)研究所的博士研究生。

事實證明，測量木星大氣層水的各種努力(包括美國宇航局當(dāng)前的朱諾任務(wù))具有挑戰(zhàn)性。韋爾班克斯說：“由于木星太冷，其大氣中的任何水蒸氣都會凝結(jié)，難以測量。”“如果發(fā)現(xiàn)木星中的水量豐富，正如我們所預(yù)測的那樣，那就意味著它的形成方式與我們在當(dāng)前研究中所觀察到的系外行星不同。”

Madhusudhan說：“我們期待在未來的研究中增加我們的星球樣本的大小。”“不可避免地，我們希望找到與當(dāng)前趨勢以及其他化學(xué)物質(zhì)的測量值相距甚遠(yuǎn)的異常值。”