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（JamesWebbSpaceTelescope）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（KnicoleColón）博士和克里斯托弗-斯塔克（ChristopherStark）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LHS1140b和TRAPPIST-1e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LHS1140b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LisaKaltenegger和ZifanLin2021ApJL909的模型透射光谱。资料来源：NASA、ESA、LeahHustak（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K2-18b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K2-18b大气中的甲烷和二氧化碳，但没有探测到水。这意味着K2-18b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，K2-18b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：NASAGSFC/CIL/AdrianaManriqueGutierrez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K2-18b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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434174.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434174.htm

NASA韦伯望远镜首次探测到系外行星大气中的二氧化碳

NASA韦伯望远镜首次探测到系外行星大气中的二氧化碳在过去的几十年里，美国宇航局（NASA）的太空望远镜发现了成千上万颗位于太阳系之外的新行星。但是天文学家们不得不等待下一代先进的天文台来仔细观察这些系外行星，看看它们是否可能孕育着生命的组成部分。该航天局期待已久的詹姆斯·韦伯太空望远镜就是这样一个下一代望远镜。而就在其正式的科学运作的几个月里，它已经取得了新成果：首次探测到了系外行星大气层中的二氧化碳的明确证据。约翰斯·霍普金斯大学研究生、研究小组成员ZafarRustamkulov在一份声明中说：“当数据出现在我的屏幕上时，巨大的二氧化碳特征吸引了我。这是一个特殊的时刻，跨越了系外行星科学的一个重要门槛。”这一发现于周四在《自然》杂志上发表了一篇论文。韦伯的近红外光谱仪分析了穿过巨型气体行星WASP-39b大气层的星光，这是一个巨大的温暖模糊的世界。这颗行星的质量约为木星的四分之一，但直径是木星的1.3倍。分析显示，韦伯望远镜明确地检测到了二氧化碳，众所周知，二氧化碳与地球上的生命有关。虽然在WASP39b上似乎不太可能存在我们所知道的生命，那里的温度始终在1600华氏度（871摄氏度）左右，但科学家们对韦伯的能力展示感到兴奋。研究小组负责人、加州大学圣克鲁兹分校的NatalieBatalha说：“在WASP-39上探测到如此清晰的二氧化碳信号，预示着在较小的、地球大小的行星上探测大气层是个好兆头。”当然，这样的行星更像地球，因此科学家们认为其更有可能成为可以找到支持生命的条件的地方。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1308811.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1308811.htm

NASA的詹姆斯·韦伯望远镜团队确认首次发现近距离系外行星

NASA的詹姆斯·韦伯望远镜团队确认首次发现近距离系外行星在美国宇航局的凌日系外行星调查卫星（TESS）的数据暗示可能有一颗行星围绕着这个小太阳之后，该团队利用韦伯观察了红矮星LHS475周围的系统。"毫无疑问，这颗行星就在那里。韦伯的原始数据验证了这一点，"来自约翰霍普金斯大学应用物理实验室的JacobLustig-Yaeger在一份声明中说，他帮助领导这项研究。"有了这个望远镜，岩质系外行星的研究很快会成为新的前沿。"天文学家们对韦伯的潜力感到非常兴奋，因为它可以更仔细地观察系外行星，分析其大气层的组成，这可能暗示着可居住性甚至生命迹象的潜力。然而，在LHS475b的情况下，科学家们说他们需要更多的数据才能在这方面得出任何结论。Lustig-Yaeger解释说："可以排除它拥有陆地型大气层，也不可能有厚厚的以甲烷为主的大气层，类似于土卫六的那种。"然而，尚未被排除的情况包括一个没有大气层的世界，或者一个100%是二氧化碳的世界--而这两个选项中的任何一个显然都不利于我们所知的生命的前景。虽然LHS475b的恒星没有我们的太阳那么热，但是这颗行星的轨道非常接近，它在短短两天内就完成了一个轨道周期，因此其温度可能比地球还要热几百度。尽管如此，据研究小组的共同负责人凯文-史蒂文森称，这一发现代表了韦伯的一个重要里程碑。"这只是它将做出的许多发现中的第一个。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1338775.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1338775.htm

科学家通过詹姆斯·韦伯太空望远镜发现系外行星存在二氧化碳的证据

科学家通过詹姆斯·韦伯太空望远镜发现系外行星存在二氧化碳的证据8月26日消息，最近天文学家利用美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯·韦伯太空望远镜探测到太阳系外存在二氧化碳的证据。天文学家的研究目标是一颗名为WASP-39b的气态巨行星，距离地球700光年，围绕着一颗类日恒星运行。据悉，WASP-39b表面的温度始终维持在900摄氏度左右。虽然天文学家早在2011年就发现了这颗气态巨行星，但韦伯太空望远镜上高灵敏度的红外探测仪器让研究人员得以对WASP-39b进行详细分析，第一次探测到这颗气态巨行星大气中存在二氧化碳。为更好地了解系外行星，研究人员用太空望远镜来测量系外行星大气的化学组成成分。大气中的分子会造成某些特征波长的光线被吸收，因此研究人员通过观察恒星发出的光如何被WASP-39b的大气层过滤来进行深入分析，根据这些特征波长来检测行星大气中关键气体组成成分。7月10日，天文学家利用韦伯太空望远镜搭载的NIRSpec近红外光谱仪来检测WASP-39b大气中的气体和化学物质。行星科学家、凌日系外行星小组成员扎法尔·鲁斯坦库洛夫（ZafarRustamkulov）表示：“当看到数据那一刻，明显的二氧化碳特征就吸引了我的注意力。”“这是一个特殊的时刻，跨越了系外行星科学的一个重要门槛。”凌日系外行星研究小组负责人、天文学家娜塔莉·巴塔利亚（NatalieBatalha）则表示：“在WASP-39b上探测到如此清晰的二氧化碳信号，预示着我们在检测较小类地行星的大气时会有更多收获。”二氧化碳与地球上的生命有关。天文学家在寻找遥远世界的生命时，通常会寻找能维持生命存续的基本组成成分，比如液态水、源源不断的能源、碳和其他元素。当NASA在7月12日公布第一批韦伯太空望远镜拍摄的图像数据时，其中就包括显示WASP-39b系外行星大气中存在水的数据，以及行星上有云和雾的证据。韦伯太空望远镜上搭载的设备能对遥远行星大气层进行深入观测，因此天文学家将会有更多发现。康奈尔大学天文学教授、卡尔·萨根研究所所长丽莎·卡尔滕格（LisaKaltenegger）表示，“有了詹姆斯·韦伯太空望远镜，我们可以探索其他世界大气的化学组成或许其中有我们只能用生命来解释的迹象。”“这是我们探索宇宙的神奇时刻，”卡尔滕格补充道，“我们是宇宙中唯一存在生命的行星吗？这台神奇的太空望远镜堪称是第一个能收集足够光的工具，让我们得以开始解决这个基本问题。”...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1308789.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1308789.htm

韦伯望远镜探测到附近系外行星WASP-107b的水蒸气、二氧化硫和沙云

韦伯望远镜探测到附近系外行星WASP-107b的水蒸气、二氧化硫和沙云艺术家印象中的WASP-107b及其母恒星。图片来源：插图：比利时LUCA艺术学院/KlaasVerpoest（视觉），JohanVanLooveren（排版）。AchrèneDyrek（法国原子能委员会和巴黎城市大学）、MichielMin（荷兰SRON）、LeenDecin（比利时鲁汶大学）/欧洲MIRIEXOGTO小组/欧空局/美国国家航空航天局（NASA）全世界的天文学家正在利用詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）上搭载的中红外仪器（MIRI）的先进功能，对系外行星--围绕太阳以外的恒星运行的行星--进行突破性的观测。鲁汶大学天文学研究所的研究人员共同领导的欧洲天文学家小组观测到了这颗独特的气态系外行星WASP-107b。这颗行星的质量与海王星相似，但体积却比海王星大得多，几乎接近木星的大小。与太阳系内的气态巨行星相比，WASP-107b的这一特点使其显得相当"蓬松"。与木星等太阳系巨行星的探测深度相比，这颗系外行星的蓬松度使天文学家能够深入其大气层大约50倍。WASP-107b是一颗独特的气态系外行星，它围绕着一颗比太阳温度稍低、质量稍小的恒星运行。深入的大气分析欧洲天文学家小组充分利用了这颗系外行星非凡的蓬松度，使他们能够深入观察它的大气层。这个机会为揭开其大气层复杂的化学成分打开了一扇窗。这背后的原因非常简单：在密度较低的大气层中，信号或光谱特征要比在密度较高的大气层中突出得多。他们最近在《自然》杂志上发表的研究报告揭示了水蒸气、二氧化硫（SO2）和硅酸盐云的存在，但值得注意的是，没有发现温室气体甲烷（CH4）的踪迹。这些探测结果为了解这颗迷人系外行星的动力学和化学性质提供了重要信息。首先，甲烷的缺失暗示着这颗行星内部可能是温暖的，这为我们了解热能在行星大气中的流动提供了一个诱人的窗口。其次，二氧化硫（因有火柴烧焦的气味而闻名）的发现也是一大惊喜。以前的模型曾预测不存在二氧化硫，但WASP-107b大气层的新型气候模型现在表明，WASP-107b的蓬松度本身就能在其大气层中形成二氧化硫。尽管它的宿主恒星由于温度较低而发射出的高能光子相对较少，但由于其蓬松的特性，这些光子可以深入到行星的大气层中。这使得产生二氧化硫所需的化学反应得以发生。由JWST上的中红外仪器（MIRI）的低分辨率光谱仪（LRS）捕捉到的暖海王星系外行星WASP-107b的透射光谱显示了该行星大气层中存在水蒸气、二氧化硫和硅酸盐（沙）云的证据。资料来源：MichielMin/EuropeanMIRIEXOGTOteam/ESA/NASA云的组成和动力学但这并不是他们观测到的全部。与无云的情况相比，二氧化硫和水蒸气的光谱特征都明显减弱。高空云层部分遮挡了大气中的水蒸气和二氧化硫。虽然其他系外行星上也有云层的推断，但这是天文学家第一次能够明确确定这些云层的化学成分。在这种情况下，云层由小硅酸盐颗粒组成，这是一种人类熟悉的物质，在世界许多地方都能找到，是沙子的主要成分。"JWST正在彻底改变系外行星的特征描述，以惊人的速度提供前所未有的洞察力，"领衔作者、鲁汶大学的LeenDecin教授说。"JWST的近红外成像仪在这颗蓬松的系外行星上发现了沙子、水和二氧化硫云，这是一个关键的里程碑。它重塑了我们对行星形成和演化的理解，为我们自己的太阳系带来了新的曙光"。欧洲天文学家小组深入观察WASP-107b的蓬松大气层，不仅发现了水蒸气和二氧化硫，甚至还发现了硅酸盐沙云。图片来源：插图：比利时LUCA艺术学院/KlaasVerpoest（视觉），JohanVanLooveren（排版）。科学：AchrèneDyrek（法国原子能委员会和巴黎城市大学）、MichielMin（荷兰SRON）、LeenDecin（比利时鲁汶大学）/欧洲MIRIEXOGTO小组/欧空局/美国宇航局温度和云的形成在地球大气中，水在低温下会凝结成冰，而在温度达到1000摄氏度（约1800华氏度）左右的气态行星中，硅酸盐颗粒会凝结成云。然而，WASP-107b的外层大气温度约为500摄氏度（约900华氏度），根据传统模型的预测，这些硅酸盐云应该是在大气深处形成的，那里的温度要高得多。此外，大气深处的沙云会下雨。那么，这些沙云怎么可能存在于高空并持续存在呢？领衔作者米希尔-闵（MichielMin）博士说："我们在高空看到这些沙云的事实肯定意味着，沙雨水滴在更深的高温层中蒸发，产生的硅酸盐蒸汽被有效地移回高空，在那里重新凝结，再次形成硅酸盐云。这与我们地球上的水蒸气和云的循环非常相似，但水滴是由沙子构成的"。WASP-107b的大气中之所以会持续存在沙云，就是因为这种通过垂直传输不断升华和凝结的循环。詹姆斯-韦伯太空望远镜旨在研究系外行星的大气层，从而确定这些行星是否适合居住或是否含有生物特征。资料来源：诺斯罗普-格鲁曼公司系外行星研究的进展这项开创性的研究不仅揭示了WASP-107b的奇异世界，还推动了我们对系外行星大气的认识。它标志着系外行星探索的一个重要里程碑，揭示了这些遥远世界上化学物质和气候条件之间错综复杂的相互作用。"JWST使我们能够对太阳系中没有任何对应的系外行星进行深入的大气表征，我们正在揭开新世界的面纱！"主要作者、巴黎CEA的AchrèneDyrek博士说。近红外成像仪的设计与开发得益于比利时联邦科学政策办公室BELSPO通过欧空局PRODEX计划提供的资金，比利时工程师和科学家在MIRI仪器的设计和开发过程中发挥了关键作用，其中包括列日空间中心（CSL）、泰雷兹阿莱尼亚航天公司（沙勒罗瓦）和OIP传感器系统公司（欧德纳德）。在鲁汶工程大学天文学研究所，仪器科学家在英国实验室、美国宇航局戈达德中心和美国宇航局约翰逊航天中心模拟太空环境的特殊测试舱中对MIRI仪器进行了广泛测试。与欧洲和美国的同事们一起，我们已经建造和测试了近20年的MIRI仪器。仪器专家、鲁汶大学的BartVandenbussche博士说："看到我们的仪器揭开这颗引人入胜的系外行星大气层的面纱，我们感到非常有成就感。"德国马克斯-普朗克天文研究所的JeroenBouwman博士说："这项研究综合了对JWST观测数据进行的多项独立分析的结果，不仅体现了我们多年来在MIRI仪器制造方面的投入，也体现了我们多年来在MIRI观测数据的校准和分析工具方面的投入。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1397255.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1397255.htm

韦伯太空望远镜发现系外行星大气成分并不符合太阳系规律

韦伯太空望远镜发现系外行星大气成分并不符合太阳系规律研究人员利用美国宇航局的詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST），发现系外行星HD149026b的大气层，一个围绕着与我们太阳相当的恒星运行的"热木星"，含有超级丰富的较重元素碳和氧--远远高于科学家对其质量的行星的预期。此外，HD149026b，也被称为"Smertrios"，其诊断性的碳氧比相对于我们的太阳系来说是升高的。研究人员说，3月27日发表在《自然》杂志上的"土星质量行星的高大气金属富集"的这些发现，是朝着为大型系外行星样本获得类似测量以搜索统计趋势迈出的重要第一步。他们还提供了对行星形成的洞察力。这幅插图显示了韦伯望远镜的冷端，镜子和仪器就放置在那里。资料来源：诺斯罗普-格鲁曼公司文理学院物理科学系DavidC.Duncan教授、该研究的共同作者JonathanLunine说："看来每颗巨行星都是不同的，由于JWST，我们开始看到这些差异。在这篇论文中，我们已经确定了相对于气体的主要成分，即宇宙中最常见的元素--氢，有多少分子。这告诉我们关于这颗行星如何形成的相当多的信息。"芝加哥大学天文学和天体物理学教授、该论文的主要作者雅各布-宾说，我们太阳系的巨行星在整体成分和大气成分与质量之间都表现出近乎完美的相关性。太阳系外行星显示出更大的整体成分的多样性，但是科学家们不知道它们的大气成分有多大的变化，直到这次对HD149026b的分析。一颗名为HD149026b的"热木星"，比太阳系中最热的行星--金星的岩石表面要热3倍左右。资料来源：美国宇航局/JPL-加州理工学院"我们已经明确地表明，巨型太阳系外行星的大气成分并不遵循太阳系行星中如此明显的趋势，"Bean说。"巨型太阳系外行星除了整体成分的广泛多样性之外，还显示出大气成分的广泛多样性"。HD149026b就是其中之一，与它的质量相比，它是超级富集的，它的质量与土星相当，但是它的大气层相对于它的氢和氦来说，重元素的含量似乎是我们在土星中发现的27倍之多。Lunine说，这种被称为"金属性"的比率（尽管它包括许多不是金属的元素）对于将一颗行星与其母星或其系统中的其他行星进行比较非常有用。HD149026b是这个特定行星系统中唯一已知的行星。另一个关键的测量是行星大气中的碳氧比，它揭示了一个行星系统中原始固体的"配方"。对于Smertrios来说，它大约是0.84--比我们的太阳系高。在我们的太阳中，它比每两个氧原子一个碳多一点（0.55）。这些观察结果共同描绘了一幅具有丰富固体的行星形成盘的画面，这些固体富含碳元素。HD149026b在形成过程中获得了大量的这种物质。虽然丰富的碳似乎对生命的机会有利，但高碳氧比实际上意味着行星或行星系统中的水较少--对我们所知的生命来说是一个问题。Smertrios是这项特殊研究中大气成分的第一个有趣的案例，他已经计划在未来一年利用JWST观测另外五颗巨型系外行星。在天文学家能够发现巨行星之间或具有多个巨行星或地行星的系统中的任何模式之前，还需要更多的观测，以使天文学家开始记录成分的多样性。"这种多样性的起源是我们对行星形成的理解中的一个基本之谜，"Bean说。"我们的希望是，用JWST对太阳系外行星进行进一步的大气观测将更好地量化这种多样性，并对可能存在的更复杂的趋势产生制约。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1351949.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1351949.htm