天文學家最近首次在系外行星大氣中檢測到二氧化碳。爲了紀念這一事件，裸體科學解釋了科學家如何確定行星的組成，這些行星如此遙遠，以至于它們甚至無法通過望遠鏡看到！

天文學家知道五千多顆行星，而這很可能是滄海一粟。是否發現系外行星取決于許多因素：行星的大小、到它的距離、圍繞當地太陽公轉的周期、太空軌道的方向。而且對于每一項，限制都非常嚴格。由于在這種情況下觀察者設法發現了數千個遙遠的世界，銀河系中的行星總數應該與恒星的數量相當：數千億。

其中一些世界類似于地球並且可能適合居住。其他的更像木星或海王星，顯然沒有生命。有些系外行星非常熱，以至于鐵在那裏分解成原子，還有冰冷的。天文學家對所有這些都感興趣，現在我們將解釋原因。

有句話說：不懂一門外語的人，對自己的母語一無所知。更准確地說，在一種語言中，很難判斷一種語言是什麽。畢竟，語言本身是所有語言的共同點，而且差異很大。例如，針對語有46個案例，巴拉薩那語有137個性別。另一個例子：在楚科奇語或阿茲台克語中，句子通常由兩個詞組成——主語和一個非常非常長的謂語，短語的全部內容（“老人沒有釣魚”）都被擠進去了。任何聲稱理解語言發展普遍規律的理論都必須解釋所有這些我們耳中陌生的例子是如何産生的。他們的名單可以持續很長時間。一個只熟悉俄語或英語的潛在語言學家難道不是幾乎沒有機會創造這樣一個理論嗎？

與此同時，行星和行星系統的專家在很長一段時間內一直擔任這樣的語言學家。他們只知道一個系統——太陽系，不知道熱木星或超級地球。當系外行星時代開始時，新的觀測事實的流動使理論家感到困惑。

但在解釋事實之前，必須收集它們。系外行星的一些參數（例如，圍繞恒星公轉的周期）很容易確定。但是其他的，包括組成，要複雜得多。您無法在幾光年外發送帶有采樣器的探針。此外，即使使用望遠鏡，您也無法看到遙遠的行星（至少使用光學望遠鏡）。天文學家如何弄清楚系外行星是由什麽組成的？

由于從它們反射的太陽光，我們看到了太陽系的天體。對于系外行星，這個數字不起作用。在距離望遠鏡這麽遠的地方，行星和它的恒星幾乎合二爲一，微弱的反射光淹沒在發光體的光線中。有時可以在紅外線中看到系外行星（它發出的這些射線比反射光多得多），然後是巨大而熱的。在數千顆已發現的行星中，有幾十顆的紅外圖像。

基本上，系外行星是用淩日法和徑向速度法發現的，裸眼科學對此進行了詳細討論。第一個允許您測量行星的直徑，第二個-質量。

確定組成已經是事情了。無論我們對行星系統形成的了解有多麽狹隘，都很難想象有木星大小的硅酸鹽世界或地球質量的氣體世界。如果只是因爲原行星盤中的第一個硅酸鹽幾乎沒有足夠的硅酸鹽，而第二個將不穩定：這麽小的氣體質量不會被其自身的引力所持有。

但除了極端選項外，還有中間選項，例如超級地球和迷你海王星。有一次，它們對觀察者來說是一個驚喜：太陽系中沒有這樣的物體。比地球大2-4倍的行星是由什麽構成的？可能來自一個小的岩石核心、水、甲烷和氮。或者可能來自一個更大的核心，包裹在氫和氦中。至少這些模型允許這兩種選擇。很可能兩者都發生在自然界中。“我蒙蔽了你的眼睛，”宇宙可以對這樣一個星球說。

在閱讀有關海洋世界的新聞時，重要的是要了解大多數情況下沒有直接證據表明那裏存在水。天文學家是這樣想的：“是的，從大小和質量來看，這顆行星主要由水之類的東西組成。而且由于H 2 O是宇宙中最常見的化合物之一，這種未知成分很可能是水。”

最好同時知道系外行星的質量和半徑。然後你至少可以計算出它的平均密度。然而，這種情況非常罕見，以至于歐洲航天局專門將基奧普斯望遠鏡送入軌道以補救這種情況。他通過行星淩日的方法進行觀察，這些行星之前是通過徑向速度的方法發現的，以便增加已知質量的直徑。

例如，著名的特拉普派-1系統的七顆行星的平均密度已被測量。它們的大小都與地球相似，其中三個位于宜居帶，即那裏的溫度允許液態水存在。

但是一顆行星的平均密度並不能提供太多關于其組成的信息。仍然可以使用重岩石、冰、液體和氣體的質量分數，並且無需談論它們的確切化學成分。

例如，行星特拉普派-1e的平均密度高于地球。這是什麽意思？也許沒有大氣和水圈，所以系外行星的整個質量都落在了堅硬的岩石上。這將是非常可悲的，因爲就從恒星接收到的熱量而言，與地球最相似的是這個特拉普派系統的世界。又或者是溪水潺潺，蘋果樹開花，只是特拉普派-1e有一個巨大的鐵核，增加了密度。

當一顆行星從它的恒星和觀察者之間經過時，恒星的光線會穿過它的大氣層

如果使用淩日法觀察系外行星，這意味著它會定期在太陽和我們的望遠鏡之間經過。然後恒星的光線穿過行星的大氣層，穿過行星的大氣層，微量的大氣氣體出現在恒星的光譜中。聽起來很誘人，不是嗎？然而，這種方法也有局限性。

首先，大氣層不是整個星球。任何認爲地球是76%的氮和23%的氧的人都會有些錯誤。

此外，從恒星光譜中提取行星大氣的“指紋”是一項對數據質量要求極高的精細工作。能做到這一點的望遠鏡，恐怕都屈指可數。沒有人會允許這類儀器每天觀察行星：天文學家排隊等待它的觀測時間。以淩日法發現的數千顆行星中，只有幾十顆以這種方式被探索過也就不足爲奇了。

專門爲“照亮”大氣層而設計的愛麗兒軌道望遠鏡被要求糾正這種情況。它計劃檢查至少一千顆系外行星。但是，它的發布時間僅定于2029年。考慮到先進航天器的創造者經常沒有按時完成，我們甯願談論2030年代。

該方法的另一個局限性：目前的望遠鏡只能讓我們研究大型行星的大氣。他們可以進入超級地球，盡管有困難，但火星、地球或金星大小的世界卻不是。

最後，行星具有被雲層覆蓋得令人不快的特性，因此只有大氣層的上層被“透視”，其成分與下層有很大的不同。誠然，有無雲的世界。例如，KELT-9b，它的溫度爲4300°C，比銀河系中的大多數恒星都要熱。在其炎熱的大氣中，根本沒有分子可以形成雲。

當然，天文學家充分利用了這種運氣。但也許光譜方法最重要的限制對它們起作用：並非所有物質在可見光中都有光譜線。結果，在從锂到鉑的元素周期表的76種元素中，沒有發現任何元素：鎂、鐵、钛、鈉、鉻、钪和钇。鈣、钴和锶仍然受到懷疑，但作者不確定這些結果。

通過光譜法在系外行星上發現的元素和化合物的完整列表要豐富一些。值得添加氫和氦（然而，即使沒有觀測，也沒有人懷疑宇宙中兩種最常見的元素在系外行星上的存在），以及水和現在的二氧化碳。最後兩種物質不再存在于光中，而是存在于紅外線中。也許我們忘了提一些東西，但幾乎沒有。最近發射的詹姆斯韋伯望遠鏡能夠探測到更多的化合物，包括甲烷，這是最簡單的有機物質，然而，它還不能表明生命的存在。

還有另一種非常有趣的方式來研究系外行星的組成，然而，它已經被摧毀了。這是在白矮星大氣層中尋找行星的殘余物。裸眼科學已經講過他了，我們就不再贅述了。

總結起來，我們可以說如下。確定系外行星化學成分的方法已經存在並且正在發揮作用。但它們並沒有科學家希望得那麽好。然而，幾乎所有處于科學前沿的方法都可以這樣說——這就是爲什麽它是最前沿的。