韦伯望远镜首次在岩石“超级地球”上发现大气层

韦伯望远镜首次在岩石“超级地球”上发现大气层 这幅艺术家的概念图展示了系外行星 55 Cancri e 的模样。巨蟹座55号也被称为 "杨森"，是一颗所谓的超级地球，是一颗比地球大得多但比海王星小得多的岩质行星，它绕恒星运行的距离只有140万英里（0.015个天文单位），不到18个小时就能完成一个完整的轨道运行（水星距离太阳的距离是巨蟹座55号的25倍）。(水星距太阳的距离是巨蟹座 55 号距其恒星距离的 25 倍）该系统还包括四颗大型气体巨行星，位于巨蟹座，距地球约 41 光年。资料来源：NASA、ESA、CSA、拉尔夫-克劳福德（STScI）没有参与这项研究的美国麻省理工学院的行星科学家Sara Seager说，在类地行星周围发现大气层是系外行星研究的一个重要里程碑。地球稀薄的大气层对维持生命至关重要，能够发现类似类地行星上的大气层是寻找太阳系以外生命的重要一步。JWST探测到的这颗行星名为55 Cancri e，它围绕着一颗12.6秒差距的类太阳恒星运行，被认为是一个超级地球。这颗比地球稍大的类地行星，半径约为地球的两倍，重量是地球的8倍多，大气层厚度约为地球半径的百分之几。这条光变曲线显示了巨蟹座 55 星系中的岩石行星 55 Cancri e（巨蟹座 55 星系中已知的五颗行星中距离恒星最近的一颗）移动到恒星背后时，巨蟹座 55 星系亮度的变化。这种现象被称为 "次食"。当行星在恒星旁边时，恒星和行星日面发出的中红外光都能到达望远镜，因此系统显得更亮。当行星位于恒星后面时，行星发出的光被挡住，只有星光到达望远镜，导致视亮度降低。天文学家可以从恒星和行星的亮度总和中减去恒星的亮度，从而计算出有多少红外光来自行星的日侧。然后用它来计算日侧温度，推断行星是否有大气层。根据这一观测结果计算出的行星温度约为 1,800 开尔文（约 2,800 华氏度），大大低于行星没有大气层或只有稀薄岩石蒸汽大气层的预期温度。这种相对较低的温度表明，热量正在从行星的白天向夜晚散发，这可能是由富含挥发性物质的大气层造成的。资料来源：NASA、ESA、CSA、Joseph Olmsted（STScI）、Aaron Bello-Arufe（NASA-JPL）55 Cancri e不适合居住的另一个原因是它离恒星很近大约是地球到太阳距离的1/65。然而，美国喷气推进实验室（JPL）的天体物理学家、论文合著者Aaron Bello Arufe说，它可能是研究最多的岩石行星。它对于岩石行星来说大很多，所以比太阳系外其他行星更容易研究。55 Cancri e经过了充分的研究，JWST于2021年12月发射后，工程师将天文台的红外光谱仪指向它进行测试。这些仪器可以探测行星周围气体吸收星光红外波长时的化学指纹。Bello-Arufe和同事随后决定进行更深入地挖掘，以确认这颗行星是否有大气层。在最近的观测之前，天文学家已经无数次改变对55 Cancrie的看法。这颗行星于2004年被发现。起初，研究人员认为它可能是一个类似木星的气态巨星的核心。但在2011年，斯皮策太空望远镜在这颗行星从其恒星前方经过时对其进行了观测发现，55 Cancri e实际上比一颗气态巨星小得多，密度也大得多，是一颗岩石超级地球。几年后，研究人员注意到，对于一颗离其恒星如此之近的行星来说，55 Cancri e的温度比它应有的温度低，这表明它可能有大气层。一种假设是，这颗行星是一个被超临界水分子包围的“水世界”；另一种假设是，它被一个主要由氢和氦组成的膨胀的原始大气所包围。但这些想法最终都被推翻了。韦伯望远镜的近红外相机（NIRCam）和中红外探测器（MIRI）分别于2022年11月和2023年3月捕捉到的热辐射光谱显示了超地外行星55 Cancri e发出的不同波长红外光（x轴）的亮度（y轴）。该图将 NIRCam（橙色点）和 MIRI（紫色点）收集到的数据与两种不同的模型进行了比较。模型 A（红色）显示了如果巨蟹座 55 的大气层是由气化岩石构成的，那么它的发射光谱应该是什么样的。模型 B（蓝色）显示的是如果这颗行星的大气层是由岩浆海洋排出的富含挥发性物质的大气层，而岩浆海洋的挥发性物质含量与地球地幔相似，那么它的发射光谱应该是什么样的。MIRI 和 NIRCam 的数据与富含挥发性物质的模型一致。这颗行星发射的中红外光量（中红外成像仪）表明，它的日侧温度明显低于没有大气层将热量从日侧传到夜侧时的温度。4到5微米之间光谱的衰减（NIRCam数据）可以解释为大气中的一氧化碳或二氧化碳分子对这些波长的吸收。资料来源：NASA、ESA、CSA、Joseph Olmsted（STScI）、Renyu Hu（NASA-JPL）、Aaron Bello-Arufe（NASA-JPL）、Michael Zhang（芝加哥大学）、Mantas Zilinskas（SRON）JPL的行星科学家、论文合著者胡仁宇（音）说，一颗离恒星如此之近的行星会受到恒星风的轰击，很难抓住大气层中的挥发性分子。这存在两种可能性，首先，这颗行星是完全干燥的，有一层由蒸发岩石组成的超薄大气层；其次，它有一个由较重的挥发性分子组成的厚厚的大气层，这些分子不容易流失。最新数据表明，55 Cancri e的大气中含有碳基气体，这指向了第二种可能。Seager说，该团队收集了大气层的真实证据，但还需要进行更多观测来确定其完整成分、存在气体的相对数量及其精确厚度。美国斯坦福大学的行星地质学家Laura Schaefer有兴趣了解55 Cancri e的大气层如何与行星表面下的物质相互作用。他说，大气仍有可能被恒星风侵蚀，但岩浆海洋中岩石的融化和释放可能会补充气体。“地球可能至少经历了一个岩浆-海洋阶段，也许是几个。”Schaefer说，“拥有岩浆海洋的实际例子可以帮助我们了解太阳系的早期历史。”相关论文信息： ... PC版： 手机版：

韦伯望远镜揭示意想不到的系外行星55 Cancri e的大气层

韦伯望远镜揭示意想不到的系外行星55 Cancri e的大气层 这幅艺术家的概念图展示了系外行星 55 Cancri e 的模样。巨蟹座55号也被称为"杨森"，是一颗所谓的超级地球，是一颗比地球大得多但比海王星小得多的岩质行星，它绕恒星运行的距离只有140万英里（0.015个天文单位），不到18个小时就能完成一个完整的轨道运行（水星距离太阳的距离是巨蟹座55号的25倍）。(水星距太阳的距离是巨蟹座 55 号距其恒星距离的 25 倍）该系统还包括四颗大型气体巨行星，位于巨蟹座，距地球约 41 光年。资料来源：NASA、ESA、CSA、拉尔夫-克劳福德（STScI）巨蟹座 55 是围绕巨蟹座中一颗类太阳恒星运行的五颗已知行星之一。这颗行星的直径几乎是地球的两倍，密度稍大，被归类为超级地球：比地球大，比海王星小，成分与太阳系中的岩石行星相似。伯尔尼大学空间与宜居性研究中心（CSH）的 Brice-Olivier Demory 是NCCRPlanetS 的成员，也是这项刚刚发表在《自然》杂志上的研究的共同作者。他说："巨蟹座 55 是最神秘的系外行星之一。尽管在过去的十年中，我们利用十几个地面和太空设施获得了大量的观测时间，但它的本质仍然难以捉摸，直到今天，詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）终于可以拼凑出部分谜题。"出乎意料的是，这些观测结果表明，一颗高温、高辐照度的岩质行星有可能维持气态大气，这预示着JWST有能力描述围绕类太阳恒星运行的温度较低、可能适宜居住的岩质行星的特征。来自美国宇航局喷气推进实验室（JPL）的胡仁宇带领团队在《自然》杂志上发表了他们的研究成果。他说："JWST确实将系外行星特征描述的前沿推向了岩质系外行星。"它真正实现了一种新型科学"。CHEOPS 的艺术印象。图片来源：ESA / ATG medialabDemory 是胡在麻省理工学院（MIT）时的同事之一，胡邀请他参加研究项目。Demory 从职业生涯一开始就一直在研究巨蟹座 55："作为麻省理工学院的博士后，我领导发现了55 Cancri e的首次凌日，2016年，我的团队发表了第一张岩石系外行星的地图，这就是55 Cancri e。"2016年的研究结果已经暗示了巨蟹座55附近可能存在大气层。在本次研究中，Demory对JWST数据集进行了独立分析。他解释说"JWST在红外波段对这一图景进行了补充，显示出超级地球55 Cancri e周围可能存在大气层，其成分与一氧化碳或二氧化碳一致"。超热的超级地球，仍然比预期的更冷虽然巨蟹座 55 e 的成分与太阳系中的岩石行星相似，但将其描述为"岩石"可能会给人留下错误的印象。这颗行星的轨道离它的恒星如此之近（一个完整的轨道持续 18 个小时，而我们的地球则是 365 天），因此它的表面一定是熔融的一个深邃的、冒着气泡的岩浆海洋。在如此紧密的轨道上，这颗行星也很可能被潮汐锁定，白天始终面向恒星，而夜晚则永远处于黑暗之中。胡解释说："这颗行星温度很高，一些熔岩应该会蒸发掉。"虽然 JWST 无法捕捉到巨蟹座 55 的直接图像，但它可以测量该行星绕恒星运行时来自该系统的光线的微妙变化。研究小组利用 JWST 的 NIRCam（近红外相机）和 MIRI（中红外仪器）测量了来自该行星的红外光。通过将行星位于恒星后方的二次日食期间的亮度（仅恒星光）减去行星位于恒星旁边时的亮度（恒星和行星发出的光总和），研究小组能够同时计算出来自行星日侧多个波长的红外光量。根据热辐射或以红外光形式散发的热能进行的温度测量，首次显示出坎昆里55号可能有大量大气层。如果这颗行星被黑暗的熔岩覆盖，只有一层薄薄的蒸发岩层，或者根本没有大气层，那么它的日面温度应该在 2200摄氏度左右。胡仁宇说："相反，MIRI数据显示的温度相对较低，约为1500摄氏度。这非常有力地表明，能量正在从白天向夜晚分布，很可能是通过富含挥发性物质的大气层。虽然熔岩流可以将一些热量带到夜侧，但它们无法有效地将热量转移到夜侧，因此无法解释冷却效应。事实上，即使热量在地球上均匀分布，白天看起来也要比白天低几百度。如果地表发出的部分红外光被大气层吸收，永远无法到达望远镜，那么这种情况就说得通了。"气泡岩浆海洋研究小组认为，覆盖在巨蟹座 55 上的气体是从内部冒出来的。由于恒星的高温和强烈辐射，原生大气早已消失。这将是由岩浆海洋不断补充的次级大气。岩浆不仅仅是晶体和液态岩石，其中还有大量溶解气体。虽然巨蟹座 55 太热，不适合居住，但它可以为研究岩质行星的大气、表面和内部之间的相互作用提供一个独特的窗口，或许还能为早期的地球、金星和火星提供启示，因为人们认为它们在很久以前就已经被岩浆海洋所覆盖。归根结底，我们希望了解是什么条件使岩质行星能够维持富含气体的大气层：这是宜居行星的关键要素。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

钻石星球巨蟹座55e可能含有大气层 虽然是超级地球但不适合居住

钻石星球巨蟹座55e可能含有大气层 虽然是超级地球但不适合居住 事实上巨蟹座 55e 一点也不适合人类居住，因为这颗行星距离其母恒星即巨蟹座 55A 仅 225 万千米，相当于水星距离太阳的 1/25，由于距离太近它已经被母恒星潮汐锁定。也正是距离母恒星太近，巨蟹座 55e 表面温度极高，可能有熔岩构成的液体流动海洋，并且这还是一颗岩石行星、含碳量比较高，因此天体物理学家猜测这颗行星上应该有大量的钻石，所以巨蟹座 55e 也被称为钻石星球。怎么还能有大气层的：像水星这样靠近太阳的行星，由于被潮汐锁定 (一面永昼一面永夜) 并且不停地被恒星风吹着，所以即便水星曾经有大气层也早就被恒星吹散了。自 2011 年发现以来天体物理学家就在研究巨蟹座 55e 是否含有大气层，在詹姆斯韦伯空间望远镜的帮助下，JPL 喷气推进实验室的研究人员胡任宇 (Renyu Hu) 日前在自然杂志上发表了一篇论文，该论文指出巨蟹座 55e 应该是存在大气层的，主要成分是二氧化碳和一氧化碳。为什么大气层没有被恒星风吹散呢？研究小组成员 Bello-Arufe 认为这颗钻石星球的大气层并不是一直就有的，而是从沸腾的岩浆中溢出的，一方面气体不停地被吹散、另一方面又从地表里冒出并补充大气。可以用来研究地球、金星和火星的早期历史：这颗钻石星球人类是不可能居住的，毕竟其表面温度可能会高达 1540 摄氏度，不过既然同样是岩石星球，那么可以拿来研究地球、金星和火星的早期历史。现有证据表明地球、金星和火星早期 (几十亿年前) 应该也是被岩浆海洋覆盖的，其中地球在后期地质活动减弱后岩浆海洋温度逐渐降低，最终形成了现在的地球。胡任宇称最终我们想了解什么样的条件能够让岩石星球维持富含气体的大气，这是宜居行星的关键部分。 ... PC版： 手机版：

研究证实超级地球LHS 3844b是第一颗拥有永久黑暗面的行星

研究证实超级地球LHS 3844b是第一颗拥有永久黑暗面的行星 “这个理论上的东西现在感觉是真实的。这实际上就是这些行星的样子。”加拿大麦吉尔大学的天文学家、该研究合著者Nicolas Cowan说。当一颗行星的轨道离恒星很近时，它的近侧会受到比远侧更强的拉力。随着时间的推移，这种被称为潮汐力的不平衡被认为会减缓行星的旋转，直到它与轨道完全同步。这意味着行星绕轴旋转一周所需的时间与绕恒星运行一周所需的时间相同。月球被认为经历了这一过程，这就解释了为什么它有一个从未面向地球的“远侧”。许多系外行星被认为是1:1潮汐锁定的，因为它们离宿主恒星很近，但这种状态很难被证明。测量系外行星的轨道很简单，而固定它的自转要困难得多，尤其是当行星的大气层遮挡了它自转的表面。科学家将目标锁定了一颗离恒星很近的系外行星，最终证明了潮汐锁定假说。2019年，研究人员使用斯皮策太空望远镜测量了这颗被称为超级地球LHS 3844b的行星发出的光的强度。Cowan和合著者意识到，这些测量可以告诉他们这颗行星面向地球表面的温度，因为这颗行星可能没有大气层。由于自转和恒星施加的巨大潮汐力之间的冲突，没有潮汐同步的行星会温度升高。研究小组发现，LHS 3844b的表面相对较冷，正如潮汐同步行星所预期的那样。美国密歇根大学安娜堡分校的理论天体物理学家Emily Rauscher说：“这是利用现有信息或仪器可能收集到的最令人信服的证据。”预计很快还会有更多的证据。“詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）在这方面做得很好。”Cowan说，JWST将使天文学家能够研究比LHS 3844b离恒星稍远的系外行星的自转。天文学家现在认为，这样的行星可以维持大气层温和的温度，构成了银河系的大部分宜居空间。Cowan说，如果JWST发现它们像LHS 3844b一样是潮汐同步的，那么“可能有很大一部分行星，当然是大多数宜居行星，都是潮汐锁定的”。至于这些行星在何种意义上适合居住，Cowan目前还无法推测。他说，这些世界“没有潮汐、季节或昼夜周期”。“你能让生命进化出同样的多样性和复杂性吗？我不知道。”相关论文信息： ... PC版： 手机版：

国际科研团队通过美探测器新发现一颗系外类地行星

国际科研团队通过美探测器新发现一颗系外类地行星 两个国际科研团队借助美国“苔丝”探测器的最新数据发现一颗“罕见而诱人”的太阳系外类地行星，距地球仅约40光年，其温度可能只比地球略高一些。 新华社报道，美航天局星期四（5月23日）发布新闻公报介绍，这颗潜在的宜居行星被命名为“格利泽12b”（Gliese 12 b），每12.8天围绕其恒星运行一圈。它的个头儿与金星相当、比地球略小。假设它没有大气层，那么其表面温度估计约为42摄氏度，比迄今确认的5000多颗系外行星中的大多数都低。 参与研究的日本天体生物学中心科学家葛原昌幸说：“我们发现了迄今距离地球最近的、凌日的、温和的、地球大小的世界。” 美航天局说，像这样的系外行星并不多见，因此值得近距离观察，它将是詹姆斯·韦布空间望远镜进一步调查的潜在目标。 这颗行星的母恒星是一颗凉爽的红矮星，位于近40光年外的双鱼座。这颗恒星的体积只有太阳的约27%，表面温度比太阳低约40%。此外，这颗系外行星与其母恒星之间的距离仅为日地距离的7%，从其母恒星接收到的能量是地球从太阳接收到能量的1.6倍。 参与研究的澳大利亚南昆士兰大学博士生多拉基亚说：“在研究围绕凉爽母恒星运行的地球大小行星是否可以保有大气层方面，这颗行星是最佳目标之一，这是推进我们对银河系行星宜居性理解的关键一步。” 适宜的大气层是一颗行星维持液态水甚至生命存在的关键条件。研究人员猜测，“格利泽12b”可能有类似地球的大气层，或者更类似于金星，也可能拥有在太阳系中不常见的一种不同大气层。 2024年5月24日 4:27 PM

哈勃发现小型系外行星GJ 9827d大气中存在的水蒸气

哈勃发现小型系外行星GJ 9827d大气中存在的水蒸气 当发现系外行星上有水蒸气的证据时，天文学家们都很感兴趣。最近的一个目标是行星 GJ 9827d，它周围可能有一个富含水的大气层。这颗行星的直径不超过地球直径的两倍，可能是银河系其他地方潜在的富水世界的一个例子。但先不要打算在GJ 9827d上购房。这颗行星和金星一样热，温度高达800华氏度。这使它成为一个充满蒸汽的世界。这是艺术家绘制的系外行星GJ 9827d的概念图，这是在大气层中探测到水蒸气的最小的系外行星。这颗行星可能是银河系其他地方潜在的富含水大气的行星的一个例子。这颗行星的直径只有地球的两倍，围绕红矮星GJ 9827运行。左侧是该星系的两颗内行星。图中的背景恒星是在没有辅助的情况下，用肉眼回望太阳时看到的。太阳太暗，无法看到。天文学家利用美国宇航局的哈勃太空望远镜观测到了大气中检测到水蒸气的最小系外行星。GJ 9827d行星的直径大约只有地球直径的两倍，它可能是银河系其他地方潜在的富含水大气的行星的一个例子。"这将是我们第一次通过大气探测直接表明，这些拥有丰富水大气的行星确实可以存在于其他恒星周围，"团队成员、蒙特利尔大学特罗蒂埃系外行星研究所的比约恩-本内克（Björn Benneke）说。"这是朝着确定岩质行星大气的普遍性和多样性迈出的重要一步"。德国海德堡马克斯-普朗克天文研究所的联合首席研究员劳拉-克赖德伯格补充说："在一颗如此小的行星上发现水是一个具有里程碑意义的发现。它比以往任何时候都更接近真正类地世界的特征"。调查大气层不过，现在要判断哈勃光谱学测量到的是浮肿的富氢大气层中的少量水蒸气，还是这颗行星的大气层主要由水组成，是原始氢/氦大气层在恒星辐射下蒸发后留下的，还为时尚早。"我们的观测计划由堪萨斯州劳伦斯堪萨斯大学的首席研究员伊恩-克罗斯菲尔德（Ian Crossfield）领导，其设计目标不仅是探测这颗行星大气中的分子，而且是专门寻找水蒸气。"科学论文的第一作者、蒙特利尔大学特罗蒂埃系外行星研究所的皮埃尔-亚历克西斯-罗伊（Pierre-Alexis Roy）说："无论哪种结果都会令人兴奋，无论水蒸气是占主导地位还是只是氢占主导地位的大气层中的一个微小物种。""直到现在，我们还无法直接探测到如此小行星的大气层。我们现在正慢慢进入这个阶段，"本内克补充说。"在我们研究更小的行星时，一定会有一个过渡，在这个过渡中，这些小星球上不再有氢，它们的大气层更像金星（以二氧化碳为主）"。因为这颗行星和金星一样热，温度高达 800 华氏度，如果大气层中主要是水蒸气，那么它肯定会是一个荒凉而充满蒸汽的世界。影响和未来研究目前，研究小组有两种可能性。一种情况是，这颗行星仍然保留着富含氢气的大气层，其中掺杂着水，使其成为一颗小型海王星。或者，它可能是木星卫星木卫二的温暖版本，木卫二地壳下的水量是地球的两倍。"GJ 9827d行星可能一半是水，一半是岩石。在一些较小的岩石体上面会有大量的水蒸气，"本内克说。如果这颗行星有残留的富含水的大气层，那么它一定是在距离其主恒星更远的地方形成的，那里的温度很低，水以冰的形式存在，而不是现在的位置。在这种情况下，行星会迁移到更靠近恒星的地方，接受更多的辐射。氢气被加热后逃逸，或者仍在逃逸行星微弱引力的过程中。另一种理论认为，这颗行星是在靠近炙热恒星的地方形成的，其大气层中含有微量的水。哈勃计划在 11 次凌日过程中对这颗行星进行了观测凌日是指行星从恒星前方穿过的过程，间隔时间为三年。在凌日过程中，星光经过行星大气层的过滤，带有水分子的光谱指纹。如果行星上有云层，它们在大气层中的位置足够低，因此不会完全遮挡哈勃对大气层的观测，哈勃能够探测到云层上方的水蒸气。位于加利福尼亚硅谷的美国宇航局艾姆斯研究中心的天体物理学家托马斯-格林说："观测水是发现其他事物的一个途径。哈勃的这一发现为詹姆斯-韦伯太空望远镜未来研究这类行星打开了大门。JWST通过额外的红外观测可以看到更多的东西，包括一氧化碳、二氧化碳和甲烷等含碳分子。一旦我们获得了行星的全部元素清单，我们就可以将这些元素与它所环绕的恒星进行比较，从而了解它是如何形成的"。GJ 9827d是美国宇航局开普勒太空望远镜于2017年发现的。它每6.2天绕一颗红矮星运行一圈。这颗名为GJ 9827的恒星距离地球97光年，位于双鱼座。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：