一颗具有低金属丰度、贫甲烷大气与米氏散射云的次海王星系外行星

太阳系中无对应天体，数千颗质量与半径介于地球和海王星之间的系外行星的发现是系外行星科学的一大意外。这些超级地球与次海王星可能代表了行星形成最常见的产物。质量与半径测量表明其整体成分的多样性远宽于气态巨行星；然而，对分子吸收的直接光谱探测以及对气体混合比的限制在很大程度上仍局限于比海王星更重的行星。在此，我们分析次海王星 GJ 3470 b 的哈勃/斯皮策空间望远镜联合数据集，包含 12 次凌星与 20 次掩食；其质量 12.6 $M_\oplus$ 使之位于先前研究的系外海王星（22-23 $M_\oplus$）与已知具有岩石密度的系外行星（7 $M_\oplus$）的大致中点。我们的数据集获取历时多年，提供了水吸收（>5$\sigma$）的稳健探测以及迄今受辐照最低行星的热发射探测。我们揭示了一个类似气态巨行星但甲烷气体严重贫乏的低金属丰度、氢主导大气。低且近太阳的金属丰度（O/H=0.2-18）对低质量行星潜在的行星形成过程以及随后的固体吸积设定了重要限制。低甲烷丰度表明甲烷的破坏远比先前预测高效，意味着对于近距离行星必须重新审视 CH$_4$/CO 转变曲线。最后，我们还发现了 2-3 $\mu$m 处具有米氏散射特征的云不透明度陡降，这使得对云颗粒尺寸的约束变得狭窄，并使 GJ 3470b 成为用 JWST 进行中红外表征的关键靶标。