罗曼太空望远镜的日冕仪将有助于增加天文学研究中直接成像的遥远行星的种类

罗曼太空望远镜的日冕仪将有助于增加天文学研究中直接成像的遥远行星的种类 罗曼号任务的日冕仪旨在展示日益先进的技术的威力。当它直接捕捉来自大型气态系外行星以及其他恒星周围的尘埃和气体盘的光线时，它将为未来指明方向：与地球大小相当的岩质行星的单像素"图像"。然后，光线可以扩散成彩虹光谱，揭示行星大气中存在的气体可能是氧气、甲烷、二氧化碳，甚至可能是生命迹象。资料来源：美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心该技术演示最近从美国国家航空航天局位于南加州的喷气推进实验室（JPL）运往该局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心，在那里与太空观测站的其他部分一起准备于 2027 年 5 月发射。在进行跨国旅行之前，罗曼日冕仪对其阻挡星光的能力进行了最全面的测试工程师称之为"挖暗洞"。在太空中，这一过程将使天文学家能够直接观测其他恒星周围行星或系外行星的光线。一旦在"罗曼号"上得到验证，未来任务中的类似技术就能让天文学家利用这些光线来识别系外行星大气中的化学物质，包括那些可能预示着生命存在的化学物质。美国宇航局南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜上的罗曼日冕仪将提高科学家直接为其他恒星周围的行星成像的能力。作为有史以来在太空中飞行的最强大的日冕仪，它将展示未来任务可能使用的新技术，如美国宇航局提议的宜居世界观测站。资料来源：NASA/JPL-Caltech/GSFC在暗洞测试中，研究小组将日冕仪放置在一个密封舱中，以模拟太空中寒冷、黑暗的真空环境。他们利用激光和特殊光学仪器，复制了一颗恒星发出的光，就像罗马望远镜观测到的那样。当光线到达日冕仪时，仪器会使用被称为遮罩的小圆形遮挡物来有效遮挡恒星，就像汽车遮阳板遮挡太阳或日全食时月亮遮挡太阳一样。这使得恒星附近较暗的物体更容易被看到。带面罩的日冕仪已经在太空中飞行，但它们无法探测到类似地球的系外行星。从另一个恒星系统中看，我们的母星会比太阳暗大约 100 亿倍，而且两者距离相对较近。因此，试图直接拍摄地球的图像，就好比试图从 3000 英里（约 5000 公里）外看到灯塔旁的一粒生物发光藻类。使用以前的日冕仪技术，即使是遮蔽恒星的眩光也会淹没类地行星。5 月 17 日，在 JPL，Roman Coronagraph 仪器小组的成员用起重机吊起了仪器存放的运输集装箱的上半部分，以便运往 NASA 的戈达德太空飞行中心。图片来源：NASA/JPL-Caltech罗曼日冕仪将展示一些技术，这些技术通过使用几个可移动部件，能够比以往的空间日冕仪去除更多不必要的星光。这些活动部件将使它成为第一个在太空中飞行的"主动"日冕仪。它的主要工具是两面可变形的镜子，每面镜子的直径只有 2 英寸（5 厘米），由 2000 多个可上下移动的微小活塞支撑。这些活塞共同作用，改变可变形反射镜的形状，从而对罩边缘溢出的不需要的杂散光进行补偿。罗曼日冕仪是如何工作的？这段视频展示了它如何去除多余的星光，以揭示其他恒星周围的行星。资料来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心可变形反射镜还有助于修正罗曼望远镜其他光学系统的缺陷。虽然这些缺陷很小，不会影响罗曼望远镜的其他高精度测量，但它们会将杂散的星光送入暗洞。对每个可变形镜片的形状进行肉眼无法察觉的精确改变，可以弥补这些缺陷。JPL罗曼日冕仪项目副经理赵峰说："瑕疵非常小，影响也很小，我们不得不进行100多次迭代，才能把它做对。这有点像你去看验光师，他们会给你戴上不同的镜片，然后问你'这个更好吗？这个怎么样？'而日冕仪的表现比我们预想的还要好"。在测试过程中，日冕仪相机的读数显示，中心恒星周围有一个甜甜圈状的区域，随着研究小组将更多的星光引离中心恒星，这个区域会慢慢变暗，因此被称为"挖黑洞"。在太空中，当仪器利用其可变形的镜子工作时，潜伏在这个黑暗区域的系外行星就会慢慢显现出来。这幅图显示的是对罗曼日冕仪的测试，工程师称之为"挖黑洞"。左图是只使用固定部件时星光漏入视场的情况。中间和右边的图像显示，当仪器的可移动部件工作时，更多的星光被移走。图片来源：NASA/JPL-Caltech在过去的 30 年里，天文学家已经发现并确认了5000 多颗围绕其他恒星的行星，但大多数都是间接探测到的，这意味着它们的存在是根据它们如何影响母恒星来推断的。探测母恒星的这些相对变化要比看到暗得多的行星信号容易得多。事实上，只有不到 70 颗系外行星被直接成像。迄今为止已经直接成像的行星都不像地球：它们大多更大、更热，通常离恒星更远。这些特点使它们更容易被探测到，但也不那么适合我们所知的生命。为了寻找潜在的宜居世界，科学家们需要对行星进行成像，这些行星不仅比恒星暗数十亿倍，而且要以适当的距离围绕恒星运行，这样行星表面才能存在液态水这是地球上发现的生命的前身。要开发直接拍摄类地行星图像的能力，还需要像罗曼摄谱仪这样的中间步骤。它的最大能力可以为太阳这样的恒星周围的一颗类似木星的系外行星成像：这是一颗大而冷的行星，位于恒星宜居带之外。5 月 17 日，JPL 的团队成员在将仪器运往 NASA 戈达德太空飞行中心的集装箱外面的一面旗帜（上面有任务标志）上签下了自己的名字，以此向 Roman Coronagraph 仪器道别。图片来源：NASA/JPL-Caltech美国国家航空航天局（NASA）从罗曼日冕仪中学到的知识将有助于为未来的飞行任务开辟一条道路，这些飞行任务旨在直接为在类太阳恒星的宜居带中运行的地球大小的行星成像。关于未来望远镜的构想被称为"宜居世界天文台"（Habitable Worlds Observatory），其目标是利用一台仪器对至少25颗与地球类似的行星进行成像，这台仪器将以罗曼摄谱仪在太空中的演示为基础。JPL的伊利亚-波贝雷茨基（Ilya Poberezhskiy）是罗曼日冕仪的项目系统工程师，他说："要想实现宜居世界天文台这样的任务目标，像可变形反射镜这样的主动组件是必不可少的。罗曼日冕仪的主动性让你可以把普通光学系统提升到一个不同的层次。它使整个系统变得更加复杂，但如果没有它，我们就无法完成这些不可思议的事情。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

韦伯望远镜首次直接拍摄到系外行星的图像

韦伯望远镜首次直接拍摄到系外行星的图像 韦伯太空望远镜首次直接拍摄到一颗系外行星的图像。这颗被命名为 HIP 65426 b 的系外行星是一颗不宜居住的气态巨行星。它的质量是木星的 6 到 12 倍，年龄在 1500 万年到 2000 万年之间。天文学家 2017 年利用欧洲南方天文台在智利的甚大望远镜发现了这颗行星。韦伯望远镜如今拍摄到这颗行星的更多细节。由于地球大气散发的红外辐射干扰，这些细节无法从地面拍摄到。拍摄 HIP 65426 b 直接图像的挑战之处在于，它比所环绕的恒星暗得多，在近红外波段辐射亮度不足所环绕的恒星的万分之一，在中红外波段辐射亮度不足千分之一。望远镜的近红外相机（NIRCam）和中红外仪器（MIRI）均配备了日冕仪。这种设备可以遮挡恒星光芒，使望远镜得以拍摄到行星。 这张图像显示了系外行星HIP 65426 b在不同的红外波段，如詹姆斯·韦伯太空望远镜所见：紫色显示NIRCam仪器在3.00微米处的视图，蓝色显示NIRCam仪器4.44微米处的视图，黄色显示MIRI仪器11.4微米处的视图，红色显示了MIRI仪器15.5微米处的MIRI仪器视图。由于不同的韦伯仪器捕获光的方式，这些图像看起来不同。每台仪器中都有一组被称为日冕仪的遮罩，它可以挡住主星的光，以便可以看到这颗行星。每张图像中的小白星标记了主恒星HIP 65426的位置，该位置已通过日冕图和图像处理减去。NIRCam图像中的条形是望远镜光学系统的伪影，而不是场景中的物体。 来源： 来自：雷锋 频道：@kejiqu 群组：@kejiquchat 投稿：@kejiqubot

外行星卫星中的冰粒具有探测生命迹象的潜力

外行星卫星中的冰粒具有探测生命迹象的潜力 土星卫星土卫二的艺术家渲染图描绘了海底的热液活动和卫星冰壳上的裂缝，这些裂缝允许来自水内部的物质喷射到太空中。新的研究表明，为下一次任务准备的仪器可以在羽流中包含的单个冰粒中发现单细胞的痕迹。图片来源：NASA/JPL-Caltech第一作者、华盛顿大学地球与空间科学博士后研究员法比安-克伦纳（Fabian Klenner）说："我们首次证明，即使是极小部分的细胞物质，也能通过航天器上的质谱仪识别出来。我们的结果让我们更有信心，利用即将到来的仪器，我们将能够探测到与地球上类似的生命形式，我们越来越相信这些生命形式可能存在于含有海洋的卫星上。"这张图片显示木卫二表面的红色条纹，木卫二是木星四颗大卫星中最小的一颗。即将执行的"欧罗巴号快船"（Europa Clipper）任务将派出仪器对这颗卫星进行调查。新的研究表明，下一次任务中的一个仪器可以在行星体内部喷射出的单个冰粒中发现单细胞的痕迹。资料来源：NASA/JPL/伽利略号这项开放存取的研究成果于3月22日发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上。该国际团队的其他作者来自英国开放大学、美国国家航空航天局喷气推进实验室、科罗拉多大学博尔德分校和莱比锡大学。科学进步与太空任务2017年结束的卡西尼号任务在土星卫星土卫二南极附近发现了平行裂缝。从这些裂缝中喷出的是含有气体和冰粒的羽流。美国国家航空航天局（NASA）的"欧罗巴号快船"（Europa Clipper）任务计划于10月发射，将携带更多仪器，对木星的一颗冰卫星欧罗巴进行更详细的探索。为了准备这次任务，研究人员正在研究新一代仪器可能会发现什么。直接模拟冰粒以每秒 4 至 6 公里的速度在太空中飞行并撞击观测仪器，在技术上是不可行的，因为实际的碰撞速度将是这样。相反，作者使用了一种实验装置，将一束细细的液态水送入真空，在真空中分解成水滴。然后，他们使用激光束激发液滴，并通过质谱分析来模拟太空探测器上的仪器所能探测到的情况。新发表的结果表明，计划在未来任务中使用的仪器，如欧罗巴号"快船"上的表面尘埃分析仪，可以从成千上万个冰粒中检测到一个冰粒中的细胞物质。左边的图画描绘了土卫二及其被冰覆盖的海洋，南极附近的裂缝据信可以穿透冰壳。中图显示了作者认为生命可以繁衍生息的地方：在水的顶部，像地球海洋一样的薄层（显示为黄色）。右图显示，随着气泡的上升和爆裂，细菌细胞可能会随水滴飞入太空，然后变成卡西尼号探测到的冰粒。图片来源：欧洲航天局发现生命的潜力这项研究的重点是阿拉斯加海域常见的一种细菌阿拉斯加鞘氨醇杆菌。虽然许多研究都使用大肠杆菌作为模式生物，但这种单细胞生物要小得多，生活在寒冷的环境中，并且可以在营养物质很少的情况下生存。所有这些都使它成为土星或木星冰卫星上潜在生命的更好候选者。克伦纳说："它们非常小，因此从理论上讲，它们能够装入从像土卫二或欧罗巴这样的海洋世界中发射出来的冰粒中。"结果表明，这些仪器可以检测到单个冰粒中的这种细菌或部分细菌。不同的分子最终会进入不同的冰粒。新研究表明，对生物物质可能集中的单个冰粒进行分析，比对包含数十亿单个冰粒的更大样本进行平均分析更为成功。左图显示的是据信包裹土卫二的数公里厚的冰壳。填充裂缝的是咸水，其表面有一层薄薄的水层（橙色显示）。右图显示，随着气泡的上升和爆裂，它们与有机物质结合并被抛入喷雾中。图片来源：Postberg et al.由这些研究人员领导的一项最新研究显示，土卫二上存在磷酸盐的证据。现在看来，这个行星体含有能量、水、磷酸盐、其他盐类和碳基有机物，使其越来越有可能支持类似于地球上发现的生命形式。作者假设，如果细菌细胞像地球上的细菌细胞一样被脂膜包裹，那么它们也会在海洋表面形成一层皮肤。在地球上，海洋浮渣是形成海洋气味的海雾的重要组成部分。在冰冷的月球上，海洋与地表相连（例如，通过冰壳上的裂缝），外太空的真空会导致地表下的海洋沸腾。气泡穿过海洋上升，在地表爆裂，细胞物质融入羽流中的冰粒。克伦纳说："我们在这里描述了一种貌似可行的方案，即细菌细胞如何在理论上融入冰物质中，这种冰物质是由土卫二或木卫二上的液态水形成的，然后被释放到太空中。"欧罗巴号上的表面尘埃分析仪将比以往任务中的仪器功率更大。这台仪器和未来的仪器还将首次能够探测带负电荷的离子，使其更适合探测脂肪酸和脂质。克伦纳说："对我来说，寻找脂质或脂肪酸比寻找DNA的构建模块更令人兴奋，原因是脂肪酸似乎更稳定。"资深作者、柏林自由大学行星科学教授弗兰克-波斯特伯格（Frank Postberg）说："有了合适的仪器，比如美国宇航局欧罗巴号'快船'太空探测器上的表面尘埃分析仪，在冰卫星上发现生命或生命痕迹可能比我们想象的要容易得多。当然，如果那里有生命存在，并且在乎被包裹在源自地下水库等环境的冰粒中的话。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

下一代望远镜可以通过仔细观察附近系外行星的大气层来寻找地外生命

下一代望远镜可以通过仔细观察附近系外行星的大气层来寻找地外生命 研究发现，对于这对邻近世界比邻星 b和GJ 887 b，这些望远镜非常善于探测潜在生物特征的存在。研究结果表明，只有比邻半人马座b存在二氧化碳时，这些机器才能探测到。虽然目前还没有发现任何系外行星与地球早期的生命条件完全吻合，但这项工作表明，如果对这些独特的超级地球比地球质量大但比海王星小的行星进行更详细的研究，它们可能会成为未来研究任务的合适目标。为了进一步寻找宜居行星，该研究的第一作者、俄亥俄州立大学天文学大四学生张惠浩和他的同事们还试图确定詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）等专业成像仪器以及欧洲极大型望远镜、三十米望远镜和巨型麦哲伦望远镜等其他极大型望远镜（ELT）直接成像系外行星的效果。张说："并不是每颗行星都适合直接成像，但这就是为什么模拟能让我们大致了解ELT会带来什么结果，以及它们建成后要实现的承诺。"为系外行星成像的直接方法是使用日冕仪或星荫遮挡主恒星的光线，使科学家能够捕捉到轨道上新世界的模糊图像。但是，由于用这种方法确定系外行星的位置既困难又耗时，研究人员希望了解 ELT 望远镜在应对这一挑战时的表现。为此，他们测试了每台望远镜的仪器在检测生物特征时将普遍背景噪声与他们想要捕捉的行星噪声区分开来的能力；这种能力被称为信噪比，信噪比越高，行星的波长就越容易被检测和分析。结果表明，欧洲 ELT 的一台仪器（称为中红外 ELT 成像仪和摄谱仪）的直接成像模式在识别三颗行星（GJ 887 b、比邻星 b 和天狼星 1061 c）是否存在甲烷、二氧化碳和水方面表现较好，而其高角度分辨率整体光学和近红外积分场摄谱仪可以探测到甲烷、二氧化碳、氧气和水，但需要更多的曝光时间。此外，由于这些结论所涉及的仪器必须透过地球大气层的化学迷雾才能窥探到宇宙生命，因此要与JWST目前的外太空能力进行比较。他说："很难说太空望远镜是否比地面望远镜更好，因为它们是不同的。它们有不同的环境、不同的位置，它们的观测也有不同的影响因素。"在这种情况下，研究结果表明，虽然 GJ 887 b 是最适合 ELT 直接成像的目标之一，因为它的位置和大小导致特别高的信噪比，但对于某些凌日行星，如 TRAPPIST-1 系统，JWST 的行星大气研究技术比地球上的 ELT 直接成像更适合探测它们。由于这项研究对数据做了较为保守的假设，未来天文工具的真正功效仍可能令科学家们大吃一惊。这项研究的共同作者、俄亥俄州立大学天文学助理教授王吉（音译）说，撇开性能上的微妙对比不谈，这些强大的技术有助于拓宽我们对宇宙的认识，而且是相辅相成的，这就是为什么像这样评估这些技术局限性的研究是必要的。"模拟的重要性，尤其是对于耗资数十亿美元的任务来说，怎么强调都不为过，"王说。"人们不仅要建造硬件，还要非常努力地模拟性能，为取得那些辉煌的成果做好准备。"很有可能，由于 ELT 要到本世纪末才能完成，研究人员的下一步工作将围绕模拟未来的 ELT 仪器如何很好地调查我们星球上肆虐的生命证据的复杂性展开。"我们想看看我们能在多大程度上对我们的大气层进行细致入微的研究，以及我们能从中提取多少信息，"王说。"因为如果我们不能用地球的大气层回答宜居性问题，那么我们就不可能开始回答其他行星周围的这些问题。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

罕见系外行星HD88986b的发现为探索类地世界铺平了道路

罕见系外行星HD88986b的发现为探索类地世界铺平了道路 天基 TESS 卫星使用凌日法测量系外行星从其前方经过时恒星光的微小光滴。TESS 卫星通过精确测量行星的大小，确定了亚海王星 HD88986b 的特征。资料来源：美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心这是一个罕见的发现，因为比海王星和天王星更小、更轻的系外行星很难被探测到，至今只发现了几颗。这种罕见的系统对于更好地了解行星的形成和演化特别有趣；它们被认为是探测恒星周围类地行星的关键一步。新的行星系统是在恒星 HD88986 周围发现的。这颗恒星的温度与太阳相似，半径稍大，其亮度足以让敏锐的观测者在英国各地的黑天观测点（如 Bannau Brycheiniog 国家公园（布雷肯比肯斯））看到。这项发表在《天文学与天体物理学》（Astronomy &Astrophysics）杂志上的研究由巴黎天体物理研究所（IAP）的伊朗博士后内达-海达里（Neda Heidari）领导。在英国，华威大学高级研究员托马斯-威尔逊（Thomas Wilson）共同领导了卫星数据分析工作，包括寻找新行星。该团队还包括来自瑞士、智利和美国等 9 个国家的 29 个其他研究所的研究人员。一颗寒冷的海王星般的系外行星该行星系包括一颗比海王星小的冷行星，即所谓的亚海王星，HD88986b。这颗行星的轨道周期是已知系外行星中最长的（146 天），小于海王星或天王星。IAP 的 Neda Heidari 解释说："我们发现并测量过质量和半径的大多数行星的轨道都很短，通常不到 40 天。与太阳系相比，即使是距离太阳最近的水星，也需要 88 天才能完成其轨道运行。缺乏对轨道较长的行星的探测，给了解其他星系甚至我们太阳系的行星如何形成和演化带来了挑战。HD88986b的轨道周期为146天，有可能是目前已知轨道最长、测量精确的小行星"。HD88986b是利用法国上普罗旺斯天文台（Haute-Provence Observatory）的高精度光谱仪SOPHIE（一种分析系外行星光波长的机器）探测到的。SOPHIE 使用"径向速度法"探测系外行星并确定其特征；测量围绕恒星运行的行星引起的恒星的微小运动变化。这些观测结果揭示了这颗行星的存在，使研究小组得以估计其质量约为地球的 17 倍。美国国家航空航天局（NASA）的空间望远镜"凌日系外行星巡天卫星"（TESS）和欧洲航天局（ESA）的空间望远镜"表征系外行星卫星"（CHEOPS）的补充观测结果表明，这颗行星可能在其宿主恒星前"凌日"。当它的轨道经过地球和恒星之间的视线时，就会部分遮挡恒星导致恒星亮度降低，而这是可以观测和量化的。通过这两颗卫星的观测，研究小组直接估算出这颗行星的直径约为地球直径的两倍。这项研究的发现依赖于超过25年的观测数据，其中还包括欧空局盖亚卫星和夏威夷凯克望远镜的数据。此外，HD88986b 的大气温度只有190摄氏度，这为研究所谓的"冷"大气成分提供了一个难得的机会，因为大多数被探测到的系外行星大气都在 1000 摄氏度以上。由于亚海王星HD88986b的轨道较宽（大至地球-太阳距离的60%），HD88986b很可能与该行星系中可能存在的其他行星发生了罕见的相互作用，并在中心恒星的强烈紫外线辐射下发生了微弱的质量损失。因此，它可能保留了原有的化学成分，使科学家们能够探索这个行星系形成和演变的可能情况。华威大学物理系的托马斯-威尔逊（Thomas Wilson）说："HD88986b本质上是一颗缩小版的海王星，位于水星和金星的轨道之间。它是研究得最好的小型寒冷系外行星之一，为研究其大气层以了解其与我们地球的相似性铺平了道路。它还环绕着一颗温度与太阳相似的恒星运行，这使它成为 PLATO 太空望远镜将要发现的类地行星的先驱，华威大学在其中发挥着主导作用"。第二个外部同伴天文学家还发现了围绕中心恒星的第二颗外行星。这颗系外行星的质量特别大（是木星质量的 100 多倍），其轨道周期为几十 年。要了解它的性质并更好地确定其属性，还需要进一步的观测。托马斯-威尔逊补充说："我们从指向HD88986的望远镜中收集了超过25年的数据，使其成为研究时间最长的系外行星系统之一。这些丰富的数据揭示了比木星质量更大的第二颗系外同伴，它可能对这颗类似海王星的行星的形成非常重要，就像我们太阳系中的木星一样。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

韦伯太空望远镜正在积极探索小型的、可能适合居住的系外行星

韦伯太空望远镜正在积极探索小型的、可能适合居住的系外行星 系外行星在我们的银河系中很常见，有些甚至在恒星的所谓宜居带中运行。美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）一直忙于观测其中几颗可能适宜居住的小行星，天文学家们现在正在努力分析韦伯的数据。美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的两位韦伯项目科学家克尼科尔-科隆（Knicole Colón）博士和克里斯托弗-斯塔克（Christopher Stark）博士在这里为我们详细介绍研究这些其他世界所面临的挑战：定义潜在宜居行星"潜在宜居行星通常被定义为大小与地球相近、运行在恒星'宜居带'内的行星。我们目前知道大约有30颗行星可能是像地球一样的小型岩石行星，它们的轨道位于宜居带。然而，并不能保证在宜居带中运行的行星确实是宜居的（它可以支持生命），更不用说有人居住了（它目前支持生命）。在撰写本文时，已知的宜居和有人居住的行星只有一个地球！"这张信息图比较了银河系中三类恒星的特征：类似太阳的恒星被归类为G星；质量比太阳小、温度比太阳低的恒星是K矮星；而更暗、温度更低的恒星是偏红色的M矮星。每一类恒星的宜居带大小都不同。在太阳系中，宜居带从金星轨道外开始，几乎包括火星。资料来源：NASA、ESA 和 Z. Levy（STScI）观测系外行星大气层的挑战韦伯望远镜正在观测的潜在宜居世界都是凌日系外行星，这意味着它们的轨道几乎是边缘朝上的，因此它们会从宿主恒星的前方穿过。当行星从恒星前方经过时，韦伯就会利用这个方位进行透射光谱分析。通过这个方位，我们可以检查行星大气过滤后的星光，从而了解它们的化学成分。然而，小型岩质行星稀薄的大气层阻挡的星光量非常小，通常远小于 0.02%。仅仅探测这些小星球周围的大气层就非常具有挑战性。识别水蒸气的存在则更加困难，而水蒸气的存在可能会增加宜居的可能性。寻找生物特征（生物产生的气体）异常困难，但也是一项令人兴奋的工作。当系外行星直接从其宿主恒星和观测者之间穿过时，我们说这颗行星正在其宿主恒星前凌日。这次凌日会使恒星的光线变暗一定程度，如果系外行星有大气层的话，星光也会被大气层过滤掉。该动画展示了一颗行星以及在凌日过程中光照度的相应变化。资料来源：美国宇航局喷气推进实验室目前只有少数几个可能适合居住的小世界被认为可以通过韦伯天体进行大气表征，其中包括LHS 1140 b和TRAPPIST-1 e行星。检测生物特征的技术挑战最近的一些理论工作探索了超地球大小的行星LHS 1140 b大气层中气态分子的可探测性，凸显了在搜索生物特征方面的一些挑战。这项工作指出，在大气层清晰、无云的最佳情况下，该行星需要绕其主恒星运行大约 10-50 次，相当于韦伯望远镜 40-200 小时的观测时间，才能探测到潜在的生物特征，如氨、磷化氢、氯甲烷和氧化亚氮。类地行星大气层的模拟透射光谱显示了臭氧（O3）、水（H2O）、二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）等分子吸收的太阳光波长。(请注意，在这张图上，Y 轴显示的是被类地行星大气层遮挡的光量，而不是穿过大气层的阳光亮度：亮度从下往上递减）。来自 Lisa Kaltenegger 和 Zifan Lin 2021 ApJL 909 的模型透射光谱。资料来源：NASA、ESA、Leah Hustak（STScI）系外行星观测时间表的复杂性如果行星的大气层是多云的，那么寻找生物特征可能需要比 50 次凌日观测更多的时间。众所周知，大多数小型系外行星都有云层或雾霾，这些云层或雾霾会减弱或掩盖正在搜索的信号。这些生物特征气体的大气信号也往往与其他预期的大气信号（如气态甲烷或二氧化碳）重叠，因此区分各种信号是另一项挑战。海洋行星：研究的新途径寻找生物特征的一个潜在途径是研究大洋行星，大洋行星是理论上的一类超地球大小的行星，具有相对稀薄的富氢大气层和大量的液态水海洋。根据韦伯天文台和其他天文台目前提供的数据，超级地球K2-18 b是潜在宜居大洋行星的候选者。最近发表的工作利用近红外探测器和近红外ISS探测到了K2-18 b大气中的甲烷和二氧化碳，但没有探测到水。这意味着K2-18 b是一个拥有液态水海洋的海洋世界的说法仍然是基于理论模型，还没有直接的观测证据。这项工作的作者还暗示，K2-18 b 的大气中可能存在潜在的生物特征二甲基硫醚，但潜在的二甲基硫醚信号太弱，目前的数据还无法对其进行确凿的探测。艺术家构想的詹姆斯-韦伯太空望远镜。图片来源：NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez海洋类行星的概念和研究都是非常新的，因此对液态水海洋情景（从而对宜居环境的潜力）的其他解释仍在探索之中。即将使用近红外天文望远镜和近红外成像仪进行的韦伯观测，将进一步揭示潜在的大洋行星K2-18 b的性质，以及其大气层中可能存在的二甲基硫化物。因此，我们还面临着一个新的挑战，那就是确定韦伯探测到的水蒸气是否真的来自行星的大气层，而不是其恒星。结论：系外行星研究的未来探测绕冷恒星运行的小型、可能适合居住的凌日行星大气中的生物特征是一项极具挑战性的工作，通常需要理想的条件（如无云大气）或假设早期地球环境（即与我们所知的现代地球不同），探测到的信号明显小于百万分之200，恒星运行良好，星斑中没有大量水蒸气，以及大量的望远镜时间才能达到足够的信噪比。同样重要的是要记住，以任何方式探测到单一生物特征都不构成发现生命。要在系外行星上发现生命，可能需要一大批明确检测到的生物特征、来自多个飞行任务和观测站的数据，以及广泛的大气建模工作，这一过程可能需要数年时间。韦伯的强大之处在于，它能够灵敏地探测到少数最有希望围绕冷恒星运行的潜在宜居行星的大气层，并开始确定其特征。韦伯特别有能力探测一系列对生命非常重要的分子，如水蒸气、甲烷和二氧化碳。我们的目标是尽可能多地了解可能适宜居住的世界，即使我们无法通过韦伯望远镜明确确定适宜居住的特征。韦伯观测结果与美国宇航局即将发射的南希-格雷斯-罗曼太空望远镜的系外行星研究相结合，最终将为未来的 宜居世界天文台奠定基础，该天文台将是美国宇航局首个专门用于直接成像和搜寻类太阳恒星周围类地行星上生命造成的化学痕迹的任务"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：