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：

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：

韦伯望远镜发现外行星HD 189733 b的大气中含有硫化氢

韦伯望远镜发现外行星HD 189733 b的大气中含有硫化氢 距离地球最近的凌日热木星 HD 189733 b 的概念图。资料来源：Roberto Molar Candanosa/Johns Hopkins 大学一颗因其致命天气而臭名昭著的系外行星隐藏着另一个奇异的特征散发着臭鸡蛋的气味。这是约翰-霍普金斯大学对詹姆斯-韦伯太空望远镜的数据进行的一项新研究得出的结论。木星大小的气态巨行星HD 189733 b的大气层中含有微量的硫化氢，这种分子不仅会散发恶臭，还能为科学家提供新的线索，让他们了解硫这种行星的构成元素可能会如何影响太阳系外气态世界的内部和大气层。研究结果发表在今天（7 月 8 日）的《自然》杂志上。"硫化氢是一种我们不知道存在的主要分子。我们预测到了它的存在，也知道它在木星上，但我们还没有在太阳系外真正探测到它，"领导这项研究的约翰-霍普金斯大学天体物理学家傅光伟说。"我们并不是要在这颗行星上寻找生命，因为它太热了，但发现硫化氢是在其他行星上发现这种分子的垫脚石，也能让我们对不同类型的行星是如何形成的有更多了解"。除了探测到硫化氢和测量HD 189733 b大气中的总硫量外，傅先生的团队还精确测量了该行星氧和碳的主要来源水、二氧化碳和一氧化碳。傅说："硫是构建更复杂分子的重要元素，与碳、氮、氧和磷酸盐一样，科学家需要对它进行更多的研究，以充分了解行星是如何形成的，以及它们是由什么构成的。"HD 189733 b 自 2005 年被发现以来，一直是大气表征的基准行星。资料来源：Roberto Molar Candanosa/Johns Hopkins 大学傅说，HD 189733 b距离地球仅64光年，是天文学家能够观测到的从恒星前方经过的最近的"热木星"，自2005年被发现以来，它已成为详细研究系外行星大气的基准行星。这颗行星距离恒星的距离比水星距离太阳的距离近 13 倍，完成一个轨道只需要大约两个地球日。它的炙热温度高达华氏1700 度，天气恶劣，包括玻璃雨和每小时 5000 英里的侧风。韦伯望远镜探测到了其他系外行星中的水、二氧化碳、甲烷和其他重要分子，为科学家们追踪太阳系外气态行星中的硫化氢和测量硫提供了又一个新工具。"假设我们研究了另外100颗热木星 它们都是硫强化的。这意味着它们是如何诞生的，以及与我们的木星相比，它们的形成有何不同？"傅说。詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）是太空观测站的下一个前沿。詹姆斯-韦伯太空望远镜是为接替哈勃太空望远镜而设计的，它配备了先进的红外功能，使其能够比以往任何时候都看得更远、更详细。其主要功能之一是分析系外行星大气层，使科学家能够探测和研究遥远世界的化学构成。这种能力为了解整个银河系系外行星的组成、天气模式和潜在的宜居性提供了新的可能性。图片来源：ESA/ATG medialab新数据还通过韦伯望远镜前所未有的精确度和红外波长观测，排除了HD 189733 b中甲烷的存在，反驳了之前关于大气中甲烷分子丰度的说法。此前学界一直认为这颗行星太热了，不可能有高浓度的甲烷，现在我们知道它没有。研究小组还测量了木星上的重金属含量，这一发现有助于科学家回答行星的金属性如何与其质量相关联的问题。与太阳系中最大的行星木星和土星等气态巨行星相比，海王星和天王星等质量较小的巨型冰质行星含有更多的金属。较高的金属含量表明，海王星和天王星在形成早期积累了更多的冰、岩石和其他重元素，而不是氢和氦等气体。傅说，科学家们正在测试这种相关性是否也适用于系外行星。"这颗木星质量的行星非常接近地球，而且已经得到了很好的研究。现在我们有了这个新的测量结果，表明它的金属浓度确实为研究行星成分如何随其质量和半径变化提供了一个非常重要的锚点，"傅说。"这些发现支持了我们的理解，即行星是如何在最初的内核形成后，通过创造更多的固体物质而形成的，然后又自然而然地增强了重金属含量"。在接下来的几个月里，傅的团队计划追踪更多系外行星中的硫，并弄清高浓度的硫可能会如何影响它们在母恒星附近形成的程度："我们想知道这类行星是如何到达那里的，了解它们的大气成分将有助于我们回答这个问题。"编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：

自动望远镜网络发现环绕超冷恒星运行的宜居系外行星SPECULOOS-3 b

自动望远镜网络发现环绕超冷恒星运行的宜居系外行星SPECULOOS-3 b 系外行星 SPECULOOS-3 b 绕其恒星运行的艺术家视图。这颗行星和地球一样大，而它的恒星比木星稍大，但质量更大。资料来源：NASA/JPL-Caltech一个国际天文学家小组发现了一颗新的地球大小的行星，它围绕着一颗超冷的红矮星运行，距离仅有 55 光年。这颗行星是在这种恒星周围发现的第二颗同类行星。这颗行星被称为 SPECULOOS-3 b，它需要大约 17 个小时才能绕恒星运行一圈，其温度是太阳的两倍多，质量是太阳的十倍，亮度是太阳的一百倍。SPECULOOS-3 b 上的白天和黑夜似乎是无穷无尽的：这颗系外行星很可能被潮汐锁定，因此同一面"白天"总是面向恒星，这种关系类似于我们的月球和地球。这一发现于2024年5月15日发表在《自然-天文学》（Nature Astronomy）杂志上，由比利时列日大学（University of Liège）领导的SPECULOOS项目与伯明翰大学、剑桥大学、伯尔尼大学和麻省理工学院合作完成。SPECULOOS（Search for Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars）项目的目的是利用遍布全球的望远镜网络寻找绕超冷矮星运行的系外行星。超冷矮星非常常见，约占银河系恒星的 70%。但它们也非常暗淡，而且分散在天空中，因此科学家们必须用望远镜观测数周的数据，逐一监测每颗恒星，才能探测到凌星。"我们专门设计了SPECULOOS来观测附近的超冷矮星，寻找适合详细研究的岩石行星，"列日大学天文学家、论文第一作者Michaël Gillon说。"2017年，我们使用TRAPPIST望远镜的SPECULOOS原型发现了著名的TRAPPIST-1系统，该系统由7颗地球大小的行星组成，其中几颗可能适合居住。这是一个极好的开端！"虽然对这一发现的大部分观测是由位于北半球的 SPECULOOS 望远镜完成的，但伯明翰大学的研究人员也贡献了在位于智利阿塔卡马沙漠的 SPECULOOS 南方天文台进行的一些观测。伯明翰大学系外行星学教授Amaury Triaud说："虽然超冷矮星比我们的太阳温度低、体积小，但它们的寿命要长上千倍大约1000亿年，预计它们将是宇宙中最后一颗仍在闪耀的恒星。"科学家们认为，如此长的寿命可能会为轨道行星上的生命提供发展机会。虽然大多数天文数据都是自动分析的，而且候选行星通常都是先由算法检测出来，然后再由人工进行审核，但在这个案例中，这种情况并没有发生。SPECULOOS 团队的成员已经养成了在夜间数据发布时快速浏览这些数据的习惯，伯明翰大学的前博士生、现博士后研究员 Georgina Dransfield 博士注意到了行星信号，并提醒了整个合作团队。她说："超冷矮星体积小，更容易探测到小行星。SPECULOOS-3b的特殊之处在于，它的恒星和行星特性使其成为JWST的最佳目标，JWST能够获得有关构成其表面的岩石成分的信息。"该项目的下一步可能包括由詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）进行的后续观测，这将为了解该行星的表面矿物学以及大气层的可能性提供重要信息。编译来源：ScitechDaily ... 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：

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：