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

韦伯太空望远镜探测到系外行星 K2-18b 上的关键分子

韦伯太空望远镜探测到系外行星K2-18b上的关键分子这幅艺术家的概念图展示了根据科学数据绘制的系外行星K2-18b的样子。K2-18b是一颗系外行星，质量是地球的8.6倍，它围绕着位于宜居带的冷矮星K2-18运行，距离地球120光年。美国国家航空航天局的詹姆斯-韦伯太空望远镜对K2-18b进行了一项新的调查，发现了包括甲烷和二氧化碳在内的含碳分子的存在。甲烷和二氧化碳的大量存在以及氨的缺乏支持了这样一种假设，即在K2-18b的富氢大气层下可能存在一个水海洋。美国国家航空航天局哈勃太空望远镜的观测首次揭示了这颗宜居带系外行星的大气特性，随后的进一步研究改变了我们对该系统的认识。K2-18b围绕着位于宜居带的冷矮星K2-18运行，距离地球120光年，位于狮子座。K2-18b等系外行星的大小介于地球和海王星之间，与太阳系中的任何行星都不同。由于附近没有类似的行星，因此人们对这些"亚海王星"的了解甚少，天文学家们对其大气层的性质也争论不休。亚海王星K2-18b可能是一颗水洋系外行星的说法令人好奇，因为一些天文学家认为，这些世界是寻找系外行星生命证据的理想环境。用韦伯的近红外成像仪和无缝摄谱仪（NIRISS）以及近红外摄谱仪（NIRSpec）获得的K2-18b的光谱显示，这颗系外行星的大气层中含有大量甲烷和二氧化碳，还可能探测到一种叫做二甲基硫醚（DMS）的分子。K2-18b的质量是地球的8.6倍，围绕位于宜居带的冷矮星K2-18运行，距离地球120光年。资料来源：NASA、ESA、CSA、RalfCrawford（STScI）、JosephOlmsted（STScI）、NikkuMadhusudhan（IoA）剑桥大学天文学家、公布这些结果的论文的第一作者尼库-马德胡苏丹解释说："我们的发现强调了在寻找其他地方的生命时考虑各种宜居环境的重要性。传统上，在系外行星上寻找生命的工作主要集中在较小的岩石行星上，但较大的海王星世界明显更有利于大气观测"。甲烷和二氧化碳含量丰富，而氨含量不足，这支持了在K2-18b的富氢大气层下可能存在水海洋的假设。在地球上，只有生命才会产生这种物质。地球大气中的大部分DMS是由海洋环境中的浮游植物释放的。DMS的推断不太可靠，需要进一步验证。"即将进行的韦伯观测应该能够证实K2-18b的大气中是否确实存在大量的DMS，"Madhusudhan解释说。虽然K2-18b位于宜居带，而且现在已知它蕴藏着含碳分子，但这并不一定意味着这颗行星能够孕育生命。这颗行星的体积很大，半径是地球半径的2.6倍，这意味着行星内部很可能含有大量的高压冰幔，就像海王星一样，但是富氢大气层和海洋表面较薄。据预测，海洋世界将拥有水的海洋。不过，也有可能海洋温度过高，不适合居住，或者是液态的。卡迪夫大学的苏巴吉特-萨卡尔（SubhajitSarkar）解释说："虽然太阳系中不存在这种行星，但亚海王星是迄今为止银河系中最常见的行星类型。我们获得了宜居带亚海王星迄今为止最详细的光谱，这使我们能够计算出其大气层中存在的分子"。描述像K2-18b这样的系外行星的大气层--即确定其气体和物理条件--是天文学中一个非常活跃的领域。然而，这些行星在体积大得多的母恒星的耀眼光芒下显得黯然失色，这使得探索系外行星大气层变得尤为具有挑战性。研究小组通过分析K2-18b母恒星穿过系外行星大气层时发出的光线，避开了这一挑战。K2-18b是一颗凌日系外行星，这意味着当它穿过母恒星表面时，我们可以探测到亮度的下降。2015年，NASA的K2任务就是这样首次发现这颗系外行星的。这意味着在凌日过程中，极小一部分星光会穿过系外行星的大气层，然后到达韦伯望远镜这样的望远镜。星光穿过系外行星大气层时会留下痕迹，天文学家可以将这些痕迹拼凑起来，从而确定系外行星大气层中的气体。詹姆斯-韦伯的能力和未来研究"这一结果之所以能够实现，是因为韦伯望远镜的波长范围扩大，灵敏度空前，只需两次凌日就能对光谱特征进行强有力的探测，"马德胡苏丹说。"相比之下，用韦伯望远镜进行的一次凌日观测与用哈勃望远镜在相对较窄的波长范围内进行的八次观测（历时数年）的精度相当。剑桥大学的SavvasConstantinou解释说："这些结果仅仅是对K2-18b进行两次观测的结果，还有更多的观测结果正在进行中。这意味着我们在这里的工作只是韦伯能观测到的宜居带系外行星的早期展示。"研究小组的研究成果已被接受发表在《天体物理学杂志通讯》上。研究小组现在打算利用望远镜的中红外光谱仪（MIRI）进行后续研究，他们希望这将进一步验证他们的发现，并为K2-18b的环境条件提供新的见解。"我们的最终目标是在宜居系外行星上发现生命，这将改变我们对我们在宇宙中的位置的认识，"马德胡苏丹总结道。"在这一探索过程中，我们的发现是朝着更深入地了解水星世界迈出的充满希望的一步。"美国国家航空航天局的詹姆斯-韦伯太空望远镜是世界上最重要的太空科学观测站。它正在揭开太阳系的神秘面纱，眺望其他恒星周围的遥远世界，探索宇宙的神秘结构和起源以及我们在宇宙中的位置。韦伯望远镜是一项国际计划，由美国国家航空航天局（NASA）领导，其合作伙伴包括欧洲航天局（ESA）和加拿大航天局（CanadianSpaceAgency）。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383333.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383333.htm

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HIP65426b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HIP65426b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HIP65426b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HIP65426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

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

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