HD 209458 b

分光観測によって、HD 209458の周囲に惑星が存在することが初めて明らかになったのは、1999年11月5日のことだった。天文学者たちは、惑星が恒星の表面を横切る際に生じる明るさの低下を観測できることを期待して、惑星が周回していることが知られているいくつかの恒星について、綿密な測光測定を行っていた。そのためには、惑星の軌道が地球と恒星の間を通過するように傾いている必要があり、それまで惑星の通過は検出されていなかった。

発見後まもなく、ティモシー・ブラウンらを含むデイビッド・シャルボノー率いるチームと、グレゴリー・W・ヘンリー率いるチームが、それぞれ恒星表面を横切る惑星の通過を検出し、既知の太陽系外惑星通過としては初めてとなった。1999年9月9日と16日、シャルボノーのチームはHD 209458の明るさが1.7%低下したことを測定し、これは惑星が恒星を横切ったことによるものとされた。11月8日、ヘンリーのチームは部分的な通過を観測し、進入のみを確認した。^{[ 17 ]}当初、結果に確信が持てなかったヘンリーのグループは、シャルボノーが9月に完全な通過を観測することに成功したという噂を耳にした後、結果を急いで発表することにした。両チームの論文は、同じ号のアストロフィジカル・ジャーナルに同時に掲載された。それぞれの通過は約3時間続き、その間、惑星は恒星表面の約1.5%を覆う。 

この星はヒッパルコス衛星によって何度も観測されており、天文学者たちはHD 209458 bの公転周期を3.524736日と非常に正確に計算することができた。^{[ 18 ]}

分光分析により、この惑星の質量は木星の約0.69倍であることが示されました。^{[ 19 ]}トランジットの発生により、天文学者は惑星の半径を計算することができました。これは、これまで知られていたどの系外惑星でも不可能だったことです。そして、その半径は木星の半径より約35%大きいことが判明しました。以前は、特に主星に近いホットジュピターは、外層大気の激しい加熱により、このような膨張を示すはずだと仮説が立てられていました。形成時にはより偏心していた可能性のある軌道の偏心による潮汐加熱も、過去10億年の間に役割を果たした可能性があります。^{[ 20 ]}

2005年3月22日、NASAは、スピッツァー宇宙望遠鏡が惑星からの赤外線を観測したと発表した。これは、太陽系外惑星からの光を初めて直接検出した事例である。この観測は、主星の定常光を差し引き、惑星が主星の前を通過したり、主星の後ろで食を起こしたりする際の差を記録することで、惑星自体からの光を測定した。この観測による新たな測定結果から、惑星の温度は少なくとも750 ℃（1,020K 、1,380 °F）と推定された。また、HD 209458 bのほぼ円形の軌道も確認された。   

2007年2月21日、NASAとNatureは、HD 209458 bがスペクトルが観測された最初の2つの太陽系外惑星のうちの1つであり、もう1つはHD 189733 bであると発表しました。^{[ 21 ] [ 22 ]}これは、惑星の大気への影響を通じて、太陽系外の非知性生命体を探す最初のメカニズムとして長い間考えられていました。NASAゴダード宇宙飛行センターのジェレミー・リチャードソン率いる研究者グループは、HD 209458 bの大気を7.5～13.2マイクロメートルの範囲で分光測定しました。結果は、いくつかの点で理論的な予想に反していました。スペクトルは10マイクロメートルにピークがあると予測されていましたが、これは大気中の水蒸気を示すはずでしたが、そのようなピークは存在せず、検出可能な水蒸気がないことを示唆していました。 9.65マイクロメートルで予期せぬピークが観測され、研究者らはこれをケイ酸塩ダストの雲によるものとしたが、これはこれまで観測されたことのない現象だった。7.78マイクロメートルでも予期せぬピークが観測されたが、研究者らはこれについて説明できなかった。ジェット推進研究所のマーク・スウェイン率いる別のチームがリチャードソンらのデータを再解析したが、リチャードソンらの論文が発表された時点ではまだ結果を公表していなかったものの、同様の結果を得た。

2010年6月23日、天文学者たちは、HD 209458 bの大気中で、最大風速7,000 km/h (2,000 m/s ; 4,000 mph )の超嵐を初めて観測したと発表した。^{[ 23 ]} ESOの超大型望遠鏡と強力な一酸化炭素ガス分光器CRIRESによる非常に高精度の観測では、この嵐が惑星の極めて高温の昼側から低温の夜側へ猛烈な速度で流れていることが示されている。この観測により、系外惑星自体の軌道速度を測定し、その質量を直接決定するという、もう一つのエキサイティングな「初」も可能になった。^{[ 6 ]}   

2014年7月、NASAはHD 209458 bと太陽に似た恒星を周回する他の2つの系外惑星（HD 189733 bとWASP-12b ）に非常に乾燥した大気があることを発見したと発表した。^{[ 24 ]} 

2021年現在、異なる機器で取得された惑星大気のスペクトルは依然として非常に不一致であり、金属の少ない大気、黒体平衡以下の温度^{[ 25 ]}、または非平衡大気化学^{[ 26 ]を示している。}

惑星の中心から木星半径の1.29倍の高度では、大気の圧力は1バールである。 ^{[ 30 ]}

圧力が 33±5 ミリバールのとき、大気は透明（おそらく水素）で、レイリー効果が検出可能です。その圧力では、温度は2,200 ± 260 K (1,900 ± 260 °C; 3,500 ± 470 °F)です。^{[ 30 ]}         

周回する星の微動振動望遠鏡による観測では、当初、この惑星のアルベド（または反射率）は 0.3 未満に制限され、驚くほど暗い天体であることが示されました。（幾何アルベドはその後 0.038 ± 0.045 と測定されました。^{[ 31 ]}）これに対し、木星のアルベドは 0.52 とかなり高くなっています。これは、HD 209458 b の上層雲層が木星よりも反射率の低い物質でできているか、あるいは雲がなく、地球の暗い海のように入射放射をレイリー散乱していることを示唆しています。^{[ 32 ]}それ以降のモデルでは、大気の上端とマントルを取り囲む高温高圧ガスの間に、より低温のガスの成層圏が存在することが示されています。^{[ 33 ] [ 34 ]} これは、暗く不透明な高温の雲の外殻を意味します。通常はバナジウムとチタンの酸化物から構成されていると考えられているが、ソリンなどの他の化合物もまだ排除できない。^{[ 33 ]} 2016年の研究では、高高度の雲の被覆率は約57パーセントで不均一であることが示されている。^{[ 35 ]}レイリー散乱した加熱された水素は成層圏の上部に存在し、雲層の吸収部分はその上、25ミリバールで浮いている。^{[ 36 ]}

2001年11月27日、^{[ 37 ]}天文学者たちはハッブル宇宙望遠鏡による観測で惑星の大気中にナトリウムを検出したと発表した。 ^{[ 38 ]}これは太陽系外の惑星大気で測定された最初の例である。^{[ 39 ]}ナトリウム線の中心は50ミリバールからマイクロバールの圧力範囲に広がっている。^{[ 40 ]}これはHD 189733 bのナトリウム量の約3分の1であることが判明した。^{[ 41 ]}

追加データでは、2020年と同様にHD 209458 bの大気中にナトリウムが存在することは確認されなかった^{[ 42 ]}。

2003年から2004年にかけて、天文学者たちはハッブル宇宙望遠鏡撮像分光器を用いて、惑星の周囲に10,000 K (10,000 °C; 20,000 °F)に達する巨大な楕円形の水素、炭素、酸素の層を発見した。水素外気圏はR _H =3.1 R _Jまで広がっており、惑星の半径 1.32 R _Jよりもはるかに大きい。^{[ 43 ]}この温度と距離では、粒子速度のマクスウェル・ボルツマン分布により、脱出速度よりも速い速度で移動する原子の大きな「尾」が生じる。惑星は毎秒約100 ～ 500百万kg (0.2 ～10億lb )の水素を失っていると推定されている。この層を通過する星の光を分析すると、より重い炭素原子と酸素原子は、蒸発する水素大気によって生じる極端な「流体力学的抵抗」によって惑星から吹き飛ばされていることがわかった。この惑星から流れ出る水素の尾は約20万キロメートル（10万マイル）の長さがあり、これは惑星の直径とほぼ等しい。         

この種の大気損失は、太陽に似た恒星から0.1 AU (1000万km、900万マイル)以内の距離を公転するすべての惑星に共通していると考えられています。HD 209458 b は、推定寿命 50 億年の間に質量の約 7% を失った可能性がありますが、完全に蒸発することはありません。^{[ 44 ]}惑星の磁場がこの損失を防ぐ可能性があります。外気圏は恒星によって電離され、磁場がイオンを損失から閉じ込めるためです。^{[ 45 ]}     

2007年4月10日、ローウェル天文台のトラビス・バーマンは、HD 209458 bの大気に水蒸気が含まれている証拠を発表した。バーマンは、以前に発表されたハッブル宇宙望遠鏡の測定値と新しい理論モデルを組み合わせて、惑星の大気における水の吸収の強力な証拠を発見した。^{[ 7 ] [ 46 ] [ 47 ]}彼の方法は、惑星が恒星の前を通過する際に、惑星の恒星からの光が大気を直接通過することをモデル化している。しかし、この仮説はまだ確認のために調査中である。

バーマン氏は、ハーバード大学の学生であるヘザー・クヌートソン氏がハッブル宇宙望遠鏡で取得したデータと測定値を基に、新たな理論モデルを適用して、惑星の大気における水の吸収の可能性を示した。この惑星は3日半ごとに主星の周りを公転しており、主星の前を通過するたびに、主星から地球に向かって大気を直接通過する光が大気によってどのように吸収されるかを調べることで、大気の成分を分析することができる。

研究概要によると、このような系外惑星の大気中の水蒸気吸収により、可視光スペクトルの波長と比較して、赤外線スペクトルのある部分で惑星が大きく見えるという。バーマンは、クヌートソンのハッブル宇宙望遠鏡によるHD 209458 bのデータを用いて自身の理論モデルを構築し、惑星の大気中の水蒸気吸収を特定したとされる。

4月24日、ハッブル宇宙望遠鏡による観測を行ったチームを率いた天文学者のデイビッド・シャルボノーは、望遠鏡自体が変動を引き起こし、理論モデルが水の存在を示唆する原因となった可能性があると警告した。彼は、今後数か月間のさらなる観測によってこの問題が明らかになることを期待していた。 ^{[ 48 ]} 2007年4月現在、さらなる調査が行われている。

2009年10月20日、JPLの研究者らは大気中に水蒸気、二酸化炭素、メタンを発見したと発表した。 ^{[ 49 ] [ 50 ]}

2021年に得られた改良スペクトルでは、代わりに水蒸気、一酸化炭素、シアン化水素、メタン、アンモニア^{[ 51 ]}、アセチレンが検出されており、これらはすべて極めて高い炭素対酸素モル比1.0（太陽のC/Oモル比は0.55）と一致している。これが真実であれば、HD 209458 bは炭素惑星の代表例となる可能性がある。^{[ 52 ]}