较小的地面望远镜也可以研究系外行星大气层

了解系外行星的下一步是更好地了解它们的大气层。天文学家可以相当常规地确定行星的质量，密度和其他物理特征。但表征它们的大气层要复杂得多。

天文学家在研究系外行星大气层方面取得了一些成功，像詹姆斯韦伯太空望远镜和欧空局ARIEL任务这样的航天器将有很大帮助。但是有成千上万的已确认的系外行星，还有更多的系外行星即将到来，韦伯对它的时间有很多要求。

较小的地面望远镜能否在理解系外行星大气层方面发挥作用？

我们对系外行星的了解都是从光中学到的。系外行星通过稍微调暗其恒星的光线来表示其存在。天文学家还可以从星光中测量系外行星的质量，大小和密度，因为行星在恒星上如此轻微地拖曳，导致星光发生微小的变化。它需要强大的聚光望远镜和仪器来测量光中的这些波动。

研究系外行星大气层需要类似的技术能力和复杂性。天文学家可以通过检查星光穿过行星大气层时来确定系外行星的一些大气成分。他们用光谱仪来做到这一点。

世界上最大的天文台都有高分辨率的光谱仪。例如，ESO的甚大望远镜（VLT）具有ESPRESSO光谱仪。但是，有许多比VLT等大型望远镜更小的望远镜。一篇新论文的作者认为，当配备强大的光谱仪时，一些较小的望远镜可以推进系外行星大气的研究。

这张图片显示了组成ESO甚大望远镜的四个单元望远镜，

这篇论文的标题是"通过中等大小的望远镜以高分辨率显示系外行星大气层。MASCARA-2b和KELT-9b中的Fe II与北欧光学望远镜上的FIES。Aaron Bello-Arufe是丹麦技术大学系外行星群的博士生，是主要作者。《天文学与天体物理学》杂志已经接受了这篇论文，并将发表。

FIES 代表 FIbre 喂养的 Echelle 光谱仪。这是一个Echelle光谱仪，就像更大的VLT上的ESPRESSO仪器一样。这是添加到加那利群岛拉帕尔马的北欧光学望远镜（NOT）的最新仪器。"我们的工作证明了用FIES研究系外行星大气的可行性，可能通过安装在类似尺寸望远镜上的这种和其他高分辨率光谱仪来解锁大量额外的大气探测，"作者写道。

这张图片显示了2001年6月在罗克德洛斯穆查科斯天文台的北欧光学望远镜（NOT）望远镜。望远镜的主镜为2.56米，但FIES光谱仪增加了望远镜的功能。

天文学家在2016年发现了这项研究中的另一颗恒星Kelt-9b。它也是一颗炽热的木星，也围绕着一颗A型恒星运行。

"在这项工作中，我们试图证明光谱仪在2米级望远镜上以高分辨率表征系外行星大气的能力，"作者写道。他们专注于MASCARA-2b和Kelt-9b，因为天文学家已经用更强大的光谱仪研究了这两颗热木星，为他们提供了一些可以比较结果的东西。热木星也是光谱学的主要目标：它们很大，靠近恒星，使得光线在穿过大气层时更容易检查。

这位艺术家的插图显示了一个超热的木星在靠近其恒星的地方运行。

以前的研究发现，在这些行星的大气层中，使用像HARPS-N这样的光谱仪，在更大的3.58米长的Telescopio Nazionale Galileo上。"我们的目标是使用FIES来复制最近工作声称的这些极热行星的透射光谱中大气中性和电离铁（Fe I和Fe II）的检测，"作者写道。

研究小组观察到MASCARA-2b和Kelt-9b的两次过境。他们在两颗行星的大气层中探测到大气中的Fe II。他们还在两种大气层中都检测到了Fe I，但他们并不相信该信号会从噪音中脱颖而出。"虽然这些信号可能来自行星，但我们认为，由于存在额外的高信噪比信号，在声称检测到Fe I之前，我们需要更多的数据......"他们写作。

作者相信，带有现代光谱仪的小型地面望远镜可以成功研究系外行星大气层。

"我们的研究结果证明了使用FIES / NOT以高光谱分辨率研究大气的可行性，"他们在结论中写道。"FIES具有表征系外行星大气层所需的稳定性和精度，"他们写道。FIES与NOT位于一栋单独的建筑物中，其热和机械隔离。

自进行这些观测以来，FIES已经升级，现在甚至更有能力。"此外，我们注意到，这项工作中分析的数据是在最近重新涂覆FIES准直器和折叠镜之前。使用新的镜面镀膜，FIES的效率提高了60-140%，"作者解释说。

这些改进预示着正在进行的系外行星大气研究。世界上较小的望远镜并不总是占据头条新闻或捕捉到值得头版的华丽图像。但它们每天都被工作的天文学家使用，经常彼此协同工作。

"更一般地说，这项概念验证研究为使用配备类似光谱仪的其他中等尺寸望远镜表征系外行星大气层打开了大门。作者指出，那里"...是一套位于2米级望远镜上的高分辨率光谱仪，其表征系外行星大气的潜力在很大程度上仍未得到开发......"

随着美国宇航局的TESS发现越来越多的系外行星和越来越多的热木星，这些较小的2米级望远镜将有越来越多的目标。作者认为这些较小的"范围"可以成为系外行星科学的重要组成部分。

"随着美国宇航局的TESS任务不断运送众多穿越明亮恒星的目标，"作者写道，"能够完成这项工作的多个光谱仪的可用性对于探索系外行星大气的组成和动力学以及理解不同仪器的系统学至关重要。