韋伯望遠鏡重大發現 系外行星大氣含二氧化碳

【2022年08月26日訊】(記者李言編譯報導)NASA的韋伯太空望遠鏡已經明確捕捉到證據:一個系外行星大氣中存在二氧化碳。研究人員表示,該發現「跨越了系外行星科學中的一個重要門檻」。韋伯在未來十年將對各種行星進行此類測量,以了解它們的起源和演變。

據美國國家航空航天局(NASA)稱,這顆系外行星WASP-39 b是一顆圍繞一顆類似太陽的恆星運行的熱氣巨行星,這顆凌日行星距離地球700光年。這是詹姆斯‧韋伯太空望遠鏡(JWST)對宇宙進行更大範圍探索的一部分。

NASA在一份新聞稿中指出,了解像WASP-39 b這樣的行星大氣構成對於了解它們的起源和它們如何演變至關重要。

亞利桑那州立大學地球和空間探索學院副教授邁克‧萊恩(Mike Line)在新聞稿中說:「二氧化碳分子是行星形成故事的敏感追蹤器。」萊恩是JWST凌日系外行星社區早期發布科學小組成員,該小組進行了這項調研。

該小組利用韋伯望遠鏡的四個科學儀器之一——近紅外光譜儀(NIRSpec),觀察WASP-39 b大氣中的二氧化碳。他們的研究是早期發布科學計劃(Early Release Science Program)的一部分。該計劃旨在儘快向系外行星研究界提供望遠鏡的數據,指導進一步的科學研究和發現。

這一最新發現已在《自然》雜誌上發表。

「通過測量這個二氧化碳特徵,我們可以確定有多少固體物質與多少氣態物質形成了這個氣態巨行星。」萊恩補充說,「在未來的十年裡,JWST將對各種行星進行此類測量,以洞察行星如何形成的詳細情況以及我們自己太陽系的獨特性。」

系外行星研究新時代

韋伯望遠鏡於2021年聖誕節被發射到距離地球150萬公里(近93.2萬英里)的現有軌道。與其它太空望遠鏡相比,韋伯使用波長更長的光來觀察宇宙。因此,它具有比前輩們更敏銳和更深遠的觀察力。

在捕捉到的該行星大氣層的光譜中,研究人員在4.1和4.6微米之間看到了一個「小山丘」。團隊負責人、加州大學聖克魯茲分校天文學和天體物理學教授娜塔莉‧巴塔拉(Natalie Batalha)在新聞稿中說,這是一個「清晰的二氧化碳信號」。

來自韋伯(Webb)近紅外光譜儀(NIRSpec)的一系列光曲線顯示了WASP-39 b行星2022年7月10日凌日時,來自其恆星的三種不同波長(顏色)的光線亮度變化。(NASA, ESA, CSA, L. Hustak/STScI)

在WASP-39 b凌日過程中,其恆星部分星光被行星完全遮蔽(導致整體變暗),一些星光則通過行星的大氣層傳輸。

由於不同的氣體吸收不同的顏色組合,研究人員可以分析整個波長光譜中透射光亮度的微小差異,以確定大氣層的確切成分。鑒於其膨脹的大氣層和頻繁的過境,WASP-39 b是透射光譜學的一個理想目標。

此前,NASA的哈勃(Hubble)和斯皮策(Spitzer)望遠鏡在該行星的大氣層中發現了水蒸氣、鈉和鉀。巴塔拉說:「以前用哈勃和斯皮策對這顆行星的觀測給了我們誘人的暗示——二氧化碳可能存在。」

「來自JWST的數據顯示了一個明確的二氧化碳特徵,它是如此突出,幾乎是在向我們喊話。」她說。

團隊成員扎法爾‧魯斯坦庫洛夫(Zafar Rustamkulov)在一份新聞稿中說:「當數據一出現在我的屏幕上,驚人的二氧化碳特徵便抓住了我。」他是約翰‧霍普金斯大學Morton K. Blaustein地球和行星科學系的研究生。

「這是一個特殊的時刻,跨越了系外行星科學中的一個重要門檻。」他補充說。

WASP-39 b於2011年被發現,其質量與土星差不多,大約是木星的四分之一,而其直徑是木星的1.3倍。這顆極端膨脹的熱氣巨行星溫度高達1,600華氏度(871攝氏度)左右。

由於這顆系外行星的軌道非常接近它的恆星——只有太陽與最靠近它的水星之間距離的八分之一,它在略微超過四個地球日的時間裡便可完成一個循環。

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