NASA的詹姆斯·韦布空间望远镜最近取得了又一个首次：遥远系外恒星大气的分子和化学概况。
虽然韦布望远镜和其他太空望远镜，包括NASA的哈勃望远镜（Hubble）和斯皮策望远镜（Spitzer），之前已经揭示了这颗炙热行星大气层独立的分子、原子成分，但韦布望远镜的新数据提供了更为完整的成分清单，甚至是化学活性和云层的迹象。
最新数据还暗示了近距离观测时这些云层的样子：碎片化分散着，而不是单一均匀地包裹着这颗行星。
韦布望远镜的高灵敏度仪器阵列瞄准着WASP-39 b的大气层，WASP-39 b是一颗“热土星”（hot Saturn，一颗质量与土星相当但运行轨道比水星还要更靠近主恒星的行星），绕着一颗距离地球约700光年的恒星运行着。
这些发现预示着，韦布的仪器具备了科学界所期待的能力，能够对所有类型的系外行星（围绕其他恒星运行的行星）进行多种多样的调查，包括观测像TRAPPIST-1系统中那些较小岩质行星的大气层。
“我们用多种仪器对这颗系外行星进行了观测，协同起来，这些仪器为我们提供了广泛的红外光谱和一整套化学成分分析，这在之前是难以获得的。”美国加州大学圣克鲁兹分校（University of California, Santa Cruz）的天文学家娜塔莉·巴塔利亚（Natalie Batalha）说，“像这样的数据改变了游戏规则。”巴塔利亚对新研究做出了贡献和协调。
这一系列发现的详细描述通过5篇新的科学论文呈现出来，其中3篇正在发表，另外两篇还在同行评议中。在这一批史无前例的发现中，我们首次在系外行星大气中检测到了二氧化硫（SO2），这种分子产生自行星母星的高能光所引发的化学反应。在地球上，高层大气中的保护性臭氧层也是以类似的方式产生的。
“这是我们第一次在系外行星上看到光化学反应的具体证据，即由高能恒星光引发的化学反应。”英国牛津大学研究员蔡尚闵（Shang-Min Tsai）说，“我认为这为我们带来了非常有希望的前景，（这项任务）或许能推进我们对系外行星大气层的理解。”蔡尚闵作为第一作者发表了WASP-39 b大气层中二氧化硫来源解释的论文。
这带来了另一项首次：对于那些需要充分解释此类物理学的数据，科学家应用了光化学计算机模型，由此产生的建模改进将有助于建立技术知识，用于在未来对可居住性的潜在迹象进行解释演绎。
“运行在主恒星的辐射环境中，这颗行星会经历变化、逐步塑形。”巴塔利亚说，“在地球上，这些变化提供了让生命茁壮成长的条件。”
这颗行星离它的主星很近，比水星离我们的太阳近八倍，也使它成为研究主星辐射对系外行星影响的实验室。更好地了解恒星与行星之间的联系，可以让我们更深入地了解这些过程如何影响在银河系中观察到的行星的多样性。
为了观测WASP-39 b发出的光，韦布跟踪了行星经过其恒星前方的情况，让部分恒星的光透过行星的大气层。大气中不同种类的化学物质吸收恒星光谱的不同颜色，天文学家能根据缺失的颜色分析出行星大气中存在哪些分子。通过在红外光下对WASP-39 b进行观测，韦布可以获取在可见光下无法检测到的化学成分。
韦布望远镜探测到的其他大气成分包括钠（Na）、钾（K）和水蒸气（H2O），证实了之前来自空间望远镜和地面望远镜的观测结果，除此之外，韦布还在较长波长下发现了额外的水分子迹象，这是以前从未见过的。
韦布还以更高的分辨率对二氧化碳（CO2）进行了观测，提供的数据是它之前观测报告的两倍。同时，韦布还检测到了一氧化碳（CO），但数据中没有明显的甲烷（CH4）和硫化氢（H2S）特征，如果这两种分子真的存在，它们的含量也会非常低。
为了获得这幅WASP-39 b大气的光谱图，一个数百人的国际团队独立分析了来自韦布望远镜四种精细校准仪器模式的数据。
发表于 2022-11-27 15:55
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