太陽系外行星的研究重心已經(jīng)從最初的樣本積累慢慢轉(zhuǎn)變到對行星的天體物理性質(zhì)的研究。其中，系外行星大氣是目前人類唯一能探測到的部分。研究行星大氣已成為熱門課題，同時也是難點課題。行星溫度偏低，主要輻射集中在近紅外NIR和紅外IR波段，要研究其大氣需要NIR、IR或者空間望遠(yuǎn)鏡設(shè)備。由于缺乏這樣的先進(jìn)設(shè)備，國內(nèi)雖在系外行星的搜尋方面緊跟國際步伐，但是在大氣觀測方面卻比較落后。國家天文臺開展的“有償使用國外望遠(yuǎn)鏡時間計劃(TAP)”為國內(nèi)該領(lǐng)域的研究提供了必要條件。

國臺副研究員王煒、研究員趙剛與馬普天文所合作者van　Boekel博士、Henning教授，耶魯大學(xué)Madhusudhan博士等人合作，利用TAP項目獲得了CFHT的寬視場近紅外相機(jī)(WIRCam)10小時的觀測時間。他們在2012年3月2日和4月10日分別在Ks和H波段觀測了致密的、熱“木行星”WASP-43b，并成功測量了其在H和Ks波段其二次掩食的食深(次食的食深可近似認(rèn)為是行星和恒星亮度的比值)，進(jìn)一步估算了該行星的亮溫度，約為1850K，非常熱。通過與模型預(yù)言對比，王煒等人認(rèn)為該行星存在逆溫層的可能性不大，且其白天半球和夜晚半球之間的能量交換很小(<25%)。該項研究成果已于近期發(fā)表于國際天文期刊Astrophysical Journal。

熱木行星與其主星的亮度比(即次食深度)在NIR波段約為0.1%，需要很高的測光精度。要實現(xiàn)這一目標(biāo)，需要穩(wěn)定的設(shè)備、完備的觀測計劃、亮度接近的參考星、細(xì)致的數(shù)據(jù)處理和分析手段。王煒領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊在該項研究中獲得了約0.03%的相對測光精度，這在國內(nèi)尚屬首次，在國際上處于一流水平。

WASP-43b行星系統(tǒng)比較特別，其公轉(zhuǎn)周期很短(0.81天)，在擁有“熱木星”的主星中質(zhì)量最小(0.6倍太陽質(zhì)量)，溫度最低(4400K)，行星溫度高(1850K)，然而行星密度很大，約為木星密度的兩倍。

圖1:Ks波段的光變曲線，黑色數(shù)據(jù)點是實測相對流量及其誤差，紅色曲線是與觀測吻合的最好的理論光變曲線。掩食深度約0.196±0.029%。

圖2:行星與恒星亮度的比值圖，其中藍(lán)色點是該項工作的測量值，紅色點是來自Gillon　等(2012)年的工作，綠色點是理論光譜換算成對應(yīng)的測光數(shù)據(jù)的值。黑色曲線是理論光譜，其中左邊圖是假設(shè)太陽豐度比，右邊假設(shè)金屬豐度相對于太陽超豐5倍。小插圖是行星大氣的溫度-壓強(qiáng)輪廓。