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55Cancrie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SaraSeager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55Cancrie，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55Cancrie（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、JosephOlmsted（STScI）、AaronBello-Arufe（NASA-JPL）55Cancrie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AaronBelloArufe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。55Cancrie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55Cancrie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，55Cancrie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，55Cancrie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55Cancrie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、JosephOlmsted（STScI）、RenyuHu（NASA-JPL）、AaronBello-Arufe（NASA-JPL）、MichaelZhang（芝加哥大学）、MantasZilinskas（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，55Cancrie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LauraSchaefer有兴趣了解55Cancrie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：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07432-x...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432349.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432349.htm

詹姆斯·韦伯望远镜可能在岩质行星的大气层中探测到了水蒸气

詹姆斯·韦伯望远镜可能在岩质行星的大气层中探测到了水蒸气该望远镜强大的红外线眼睛可以分析遥远世界的大气成分，寻找有利于生命的特定元素或其他可能是生命存在的直接证据。水蒸气是可居住性的一个关键组成部分，虽然JWST以前在系外行星的大气层中检测到了水蒸气，但它只在类似木星的气态巨行星中检测到过，然而这些巨行星没有固体表面来（实际上）支持生命。但是现在，或许该望远镜已经在一颗类似地球的岩石系外行星的大气中探测到了水蒸气。这颗行星位于大约26光年之外，被称为GJ486b，是一颗超级地球，比我们的母星宽约30%，质量大三倍。但是在你收拾行李之前，值得注意的是，那里的重力会更强，它离它的主星如此之近，表面温度约为430℃（800°F），而且它被潮汐锁定，所以在那里居住，就必须在永久的白天或黑夜之间做出选择。适居性可能不在考虑之列，但是在GJ486b的大气层中探测到水蒸气仍然是一件大事。这不仅将是有史以来第一次直接探测到岩质系外行星周围的大气层，而且还将表明，这些非常热的世界尽管受到来自其宿主恒星的辐射的打击，但仍能保持其大气层，这本身就会对其他潜在的宜居行星产生重大影响。JWST在GJ486b上检测到了似乎是水蒸气的物质。当这颗行星穿过恒星的表面时，光线穿过大气层并产生一个信号，天文学家可以通过分析来计算出其中的元素。在观察了其中两个事件，并通过三种不同的方法分析数据后，该小组确定了一个似乎是水蒸气的信号。将韦伯的数据与星斑或系外行星大气层中的水蒸气模型进行比较的图表NASA,ESA,CSA,JosephOlmsted(STSCI)然而，有一个问题。该团队不能排除水蒸气信号实际上是来自恒星本身。星斑比恒星表面的其他部分要冷得多，可能是水蒸气的所在地，包括我们自己的太阳。这可能会产生一个假结果。该研究的共同作者RyanMacDonald说："我们没有观察到行星在过境期间穿过任何星斑的证据。但这并不意味着该恒星上的其他地方没有斑点。而这正是将这种水信号印入数据的物理情景，并可能最终看起来像一个行星大气层。"值得庆幸的是，韦伯有办法进行检查。它的其他仪器可以在较短的红外波长下研究该行星，以更好地确定信号来自何处，并弄清该行星是否有大气层。例如，在即将进行的一项任务中，中红外仪器（MIDI）将被用来寻找这个星球上最热的地方。如果没有大气层，这个点应该就在白天的中心位置，但是如果有大气层，热量将能够循环，最热的点将在其他地方。无论怎样，这都是一个值得关注的世界。这项研究将发表在《天体物理学杂志通讯》（PDF）上：https://stsci-opo.org/STScI-01GXR8V0YG4Q7KDM0GZC8ATBEP.pdf...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357773.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357773.htm

韦布望远镜发现一颗系外岩石行星可能有大气层

韦布望远镜发现一颗系外岩石行星可能有大气层美国航天局8日在官网发布消息说，一个国际团队利用詹姆斯・韦布空间望远镜观测发现，一颗炙热的太阳系外岩石行星可能存在大气层。这颗行星代号为“巨蟹座55e”，是恒星系统“巨蟹座55”的5颗已知行星之一，距离地球约41光年。该行星的直径约为地球的两倍，质量约为地球的8.8倍，成分可能与太阳系的岩石行星类似。由于它的运行轨道距离其恒星很近，仅为水星到太阳距离的二十五分之一，因此它可能被熔融的岩石覆盖，并且可能处于“潮汐锁定”状态，即这颗行星始终以同一面朝向恒星，其另一面永远处于暗夜。（新华社）

研究：距离65光年的超热“超级地球”系外行星可能没有大气层

研究：距离65光年的超热“超级地球”系外行星可能没有大气层GJ1252b是一颗在2020年被发现的“超级地球”。天文学家对这颗系外行星进行了仔细观察，发现它可能有一个非常稀薄的大气层，或者可能根本就没有大气层。这颗围绕一颗M型恒星运行的行星是“迄今为止我们对其大气层有如此严格限制的最小的系外行星”，主要作者IanCrossfield说。他是一名天文学家和堪萨斯大学的助理教授。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1328605.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1328605.htm

第一颗被证实有大气层的行星出现了

第一颗被证实有大气层的行星出现了访问：Saily-使用eSIM实现手机全球数据漫游安全可靠源自NordVPN55Cancrie离恒星很近的艺术图。图片来源：MarkGarlick/SciencePhotoLibrary没有参与这项研究的美国麻省理工学院的行星科学家SaraSeager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55Cancrie，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。55Cancrie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AaronBelloArufe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。55Cancrie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55Cancrie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，55Cancrie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，55Cancrie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。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，55Cancrie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LauraSchaefer有兴趣了解55Cancrie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：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07432-x...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1430271.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1430271.htm

石英雨：硅雪包裹着热木星系外行星的炽热大气层

石英雨：硅雪包裹着热木星系外行星的炽热大气层这幅艺术家的概念图展示了系外行星WASP-17b的模样。WASP-17b，又称Ditsö̀，是一颗炙热的气体巨行星，它绕恒星运行的距离仅为0.051AU（约475万英里，相当于水星与太阳之间距离的八分之一），大约在3.7个地球日内完成一个完整的环绕。该系统位于银河系内距离地球约1300光年的天蝎座。WASP-17b的体积是木星的七倍多，质量却不到木星的二分之一，是一颗非常膨大的行星。它的轨道周期短、体积大、大气层厚且延展，非常适合使用透射光谱法进行观测，即测量行星大气层对透过它的星光的影响。资料来源：NASA、ESA、CSA、拉尔夫-克劳福德（STScI）英国布里斯托尔大学研究员、今天（10月16日）发表在《天体物理学期刊通讯》上的论文的第一作者大卫-格兰特（DavidGrant）说："我们非常激动！我们从哈勃观测中知道，WASP-17b的大气层中一定存在气溶胶--构成云层或雾霾的微小颗粒，但我们没想到它们是由石英构成的。"2023年3月12-13日，MIRI（韦伯中红外仪器）拍摄到的系外行星WASP-17b的透射光谱首次揭示了系外行星云层中存在石英（结晶二氧化硅，SiO2）的证据。该光谱是通过测量该行星穿越其恒星时28个波段的中红外光的亮度变化而得到的。韦伯使用MIRI的低分辨率光谱仪对WASP-17系统进行了近10个小时的观测，在凌日之前、期间和之后收集了超过1275次测量数据。对于每个波长，通过从恒星最初发出的光量中减去穿过大气层的光量，计算出被行星大气层阻挡的光量（白色圆圈）。紫色实线是韦伯（MIRI）、哈勃和斯皮策数据的最佳拟合模型。(哈勃和斯皮策的数据涵盖了0.34到4.5微米的波长，没有在图中显示）。光谱显示在8.6微米附近有一个明显的特征，天文学家认为这是二氧化硅颗粒吸收了部分穿过大气层的星光造成的。黄色虚线显示的是如果WASP-17b大气层中的云层不含有二氧化硅，透射光谱的这一部分会是什么样子。这是首次在系外行星中发现二氧化硅，也是首次在凌日系外行星中发现任何特定的云层种类。资料来源：NASA、ESA、CSA、RalfCrawford（STScI）、DavidGrant（布里斯托尔大学）、HannahR.Wakeford（布里斯托尔大学）、NikoleLewis（康奈尔大学）硅酸盐（富含硅和氧的矿物）是地球和月球以及太阳系中其他岩石天体的主要成分，在整个银河系中也极为常见。但之前在系外行星和褐矮星大气中探测到的硅酸盐颗粒似乎是由橄榄石和辉石等富含镁的硅酸盐组成的，而不仅仅是石英--纯粹的二氧化硅。该研究小组的成员还包括来自美国宇航局艾姆斯研究中心和美国宇航局戈达德太空飞行中心的研究人员，他们的研究成果为我们了解系外行星云的形成和演化过程提供了新的思路。同样来自布里斯托尔大学的合著者汉娜-韦克福德（HannahWakeford）说："我们完全有望看到硅酸镁。但我们看到的很可能是这些物质的组成部分，是形成我们在较冷系外行星和褐矮星中探测到的较大硅酸盐颗粒所需的微小'种子'颗粒。"探测微妙变化WASP-17b的体积是木星的七倍多，质量不到木星的二分之一，是目前已知的最大、最膨松的系外行星之一。这一点再加上它只有3.7个地球日的短轨道周期，使这颗行星成为透射光谱学的理想选择：透射光谱学是一种测量行星大气层对星光的过滤和散射效应的技术。韦伯对WASP-17系统进行了近10个小时的观测，在这颗行星划过恒星时收集了超过1275次5至12微米中红外光的亮度测量数据。通过将行星在恒星前方时到达望远镜的各个波长的光亮度与恒星本身的光亮度相减，研究小组能够计算出每个波长被行星大气层阻挡的光量，结果发现在8.6微米处出现了一个意想不到的"凸起"，如果云层是由硅酸镁或其他可能的高温气溶胶（如氧化铝）构成的，那么这一特征是意想不到的，但如果云层是由石英构成的，那么这一特征就完全合理了。晶体、云和风虽然这些晶体在形状上可能与地球上的晶洞和宝石商店中发现的尖尖的六角棱柱相似，但每个晶体的直径只有大约10纳米，也就是一厘米的百万分之一。"哈勃数据实际上在确定这些颗粒的大小方面发挥了关键作用，"合著者之一、康奈尔大学的尼科尔-刘易斯解释说，他领导的韦伯保证时间观测（GTO）计划旨在帮助建立热木星大气层的三维视图。我们仅从韦伯的近红外成像数据中就知道存在二氧化硅，但我们需要哈勃的可见光和近红外观测数据作为背景，以弄清晶体有多大。"与地球云层中发现的矿物颗粒不同，WASP-17b云层中探测到的石英晶体并不是从岩石表面被卷起的。相反，它们源自大气层本身。格兰特解释说："WASP-17b温度极高--约2700华氏度（1500摄氏度）--在大气高处形成石英晶体的压力只有我们在地球表面所经历的压力的千分之一。在这种条件下，固态晶体可以直接从气体中形成，而无需先经过液态阶段。"了解云层是由什么构成的，对于了解整个行星至关重要。像WASP-17b这样的热木星主要由氢和氦组成，还有少量其他气体，如水蒸气（H2O）和二氧化碳（CO2）。韦克福德解释说："如果我们只考虑这些气体中的氧，而忽略了石英（SiO2）等矿物中锁住的所有氧，我们就会大大低估总丰度。这些美丽的二氧化硅晶体告诉我们不同物质的存量，以及它们如何共同塑造了这个星球的环境。"究竟有多少石英，以及云层的弥漫程度如何都很难确定。格兰特说："云层很可能出现在昼夜交替的地方（终结者），也就是我们的观测所探查的区域。鉴于这颗行星被潮汐锁定，白天很热，夜晚较冷，云层很可能在行星周围循环，但当它们到达较热的白天一侧时就会蒸发。风可能会以每小时数千英里的速度将这些微小的玻璃状颗粒带走"。WASP-17b是JWST望远镜科学家小组利用多仪器光谱对系外行星大气进行深度勘测（DREAMS）调查的三颗目标行星之一，该调查旨在收集系外行星每个关键类别中一颗代表行星的综合观测数据：热木星、暖海王星和温带岩石行星。对热木星WASP-17b的近红外成像观测是GTO1353计划的一部分。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1390433.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1390433.htm