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：

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NordVPN 55Cancri e 离恒星很近的艺术图。图片来源：Mark Garlick/Science Photo Library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。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。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：

韦伯太空望远镜首次捕捉到系外行星WASP-107 b的内部细节

韦伯太空望远镜首次捕捉到系外行星WASP-107 b的内部细节 艺术家绘制的 WASP-107 b 概念图显示了该行星气体包层中的湍流大气混合。资料来源：Roberto Molar Candanosa/Johns Hopkins 大学詹姆斯-韦伯太空望远镜的数据显示，WASP-107 b 的甲烷含量大大低于预期，而且其内核大得出奇，为了解其大气化学和内部动力学提供了关键信息。第一作者、约翰-霍普金斯大学布隆伯格地球与行星科学杰出教授戴维-辛（David Sing）说："观察数百光年外的行星内部听起来几乎是不可能的，但是当你知道了它的质量、半径、大气成分和内部的热度之后，你就掌握了了解内部情况以及核心有多重所需的所有信息。"现在，我们可以为不同星系中的许多不同气体行星做这件事了。"这项研究最近发表在《自然》杂志上，研究结果表明，这颗行星的甲烷含量比预期少一千倍，地核质量比地球大12倍。WASP-107 b 的艺术家概念图，这是一颗温暖的类似于海王星的系外行星，距离地球约 200 光年。图片来源：Roberto Molar Candanosa/Johns Hopkins 大学WASP-107 b 是一颗被炙热的大气层包裹着的巨型行星，它像棉花一样蓬松，围绕着大约 200 光年外的恒星运行。它之所以蓬松，是因为它的构造：木星大小的世界，质量只有木星的十分之一。尽管它有甲烷地球上生命的组成成分但由于其距离母恒星很近，而且缺乏固体表面，这颗行星并不被认为是宜居的。但它可能蕴藏着行星晚期演化的重要线索。在《自然》杂志发表的另一项研究中，其他科学家也用韦伯望远镜发现了甲烷，并对这颗行星的大小和密度提供了类似的见解。辛说："我们想研究与太阳系气态巨行星更相似的行星，它们的大气中含有大量甲烷。这就是WASP-107 b的故事变得非常有趣的地方，因为我们不知道为什么甲烷含量如此之低"。新的甲烷测量结果表明，当甲烷分子从行星内部向上流动时，会与上层大气中的其他化学物质和星光相互作用，转化成其他化合物。研究小组还测量了二氧化硫、水蒸气、二氧化碳和一氧化碳，发现WASP-107 b的重元素含量超过天王星和海王星。这颗行星的化学特征开始揭示行星大气在极端条件下的表现这一难题的关键部分。他的团队将在明年利用韦伯望远镜对另外25颗行星进行类似的观测。"我们从未能够详细研究系外行星大气中的这种混合过程，因此这将大大有助于我们了解这些动态化学反应是如何进行的。当我们开始研究岩石行星和生物标志物特征时，我们肯定需要这些东西。"共同领导这项研究的约翰-霍普金斯大学行星科学博士生扎法尔-鲁斯塔姆库洛夫（Zafar Rustamkulov）说，科学家们曾猜测这颗行星过度膨胀的半径是由内部热源造成的。通过将大气层和内部物理学模型与韦伯的 WASP-107 b 数据相结合，研究小组解释了这颗行星的热力学如何影响其可观测到的大气层。鲁斯塔姆库洛夫说："这颗行星有一个炙热的内核，这个热源正在改变深层气体的化学成分，同时也在推动这种从内部涌出的强烈对流混合。我们认为，这种热量正在导致气体的化学性质发生变化，特别是破坏了甲烷，使二氧化碳和一氧化碳的含量升高。"这些新发现也是科学家们能够在系外行星内部与其大气层顶部之间建立的最清晰联系。去年，韦伯望远镜在大约700光年外的一颗名为WASP-39的系外行星上发现了二氧化硫，首次证明了大气中的化合物是由星光驱动的反应生成的。约翰斯-霍普金斯大学的研究小组目前正在重点研究是什么可能使地核保持高温，并期待可能有类似于导致地球海洋潮涨潮落的力量在起作用。他们计划测试这颗行星是否受到恒星的拉伸和牵引，以及如何解释内核的高热。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

韦伯望远镜在遥远行星上意外发现二氧化硫雾气的存在

韦伯望远镜在遥远行星上意外发现二氧化硫雾气的存在 在气态系外行星GJ 3470 b上发现的充满硫磺的大气层（如图所示，围绕其位于巨蟹座的恒星运行）可以帮助研究人员弄清它（以及类似行星）是如何形成的。图片来源：威斯康星大学麦迪逊分校天文学家是在2012年发现这颗名为GJ 3470 b的行星的，当时这颗行星的影子穿过了它所环绕的恒星。GJ 3470 b 位于巨蟹座，大小约为海王星的一半，质量是地球的 10 倍。在这期间的几年里，研究人员利用哈勃和斯皮策太空望远镜收集了关于这颗行星的数据，并在最近利用詹姆斯-韦伯太空望远镜进行的一对观测中达到了顶峰。太阳系外的行星（系外行星）如 GJ 3470 b是研究人员想知道行星是如何产生的有趣课题。理想情况下，天文学家会捕捉到恒星发出的光线，这些光线会穿过行星大气层的边缘。这样，他们就可以对光的成分或光谱进行测量，读出大气层中有趣的分子所特有的尖峰和凹点。托马斯-比蒂是威斯康星大学麦迪逊分校天文学助理教授。资料来源：威斯康星大学麦迪逊分校二氧化硫罕见的发现威斯康星大学麦迪逊分校天文学教授托马斯-比蒂说："问题是，每个人在观察这些行星时，通常都会看到平直的线条。但是当我们观察这颗行星时，我们真的没有看到一条平线。"他们看到了水、二氧化碳、甲烷和二氧化硫的证据，比蒂今天在麦迪逊举行的美国天文学会第 244 次会议上介绍了这些发现，他不久将与来自亚利桑那州立大学、亚利桑那大学、美国国家航空航天局艾姆斯研究中心和其他组织的合著者一起在《天体物理学期刊通讯》上发表这些发现。GJ 3470 b是最轻、最冷（平均温度仅为325摄氏度，即华氏600多度）、含有二氧化硫的系外行星。当来自附近恒星的辐射将硫化氢的成分炸得四分五裂时，硫化氢就会开始寻找新的分子伙伴。比蒂说："我们没想到会在这么小的行星上看到二氧化硫，在我们意想不到的地方看到这种新分子令人兴奋，因为它为我们提供了一种新的方法来弄清这些行星是如何形成的，小行星尤其有趣，因为它们的组成确实取决于行星形成过程的发生方式。"比蒂在加入华大麦迪逊分校教师队伍之前曾担任詹姆斯-韦伯太空望远镜的仪器科学家。行星形成过程了解这一过程是比蒂研究的重点之一。这就有点像偷窥面包师傅，只在他们开始工作的时候偷窥，快到吃甜点的时候再偷窥。他说："在我们的桌子上，摆放着制作蛋糕的所有原料，以及蛋糕成品。现在，我们能否通过测量蛋糕中的成分，找出配方，即把原材料变成最终产品的步骤呢？"像比蒂这样的天文学家希望他们能够做到这一点：通过观察系外行星中的成分，找出行星形成的秘诀。在像GJ 3470 b这样小的行星中发现二氧化硫，让我们在行星形成成分表上又多了一项重要内容。独特的轨道和迁徙历史在GJ 3470 b的情况中，还有其他一些有趣的特征，可能有助于完善这一配方。这颗行星围绕恒星运行的轨道几乎越过了恒星的两极，也就是说，它的运行轨迹与系统中行星的预期运行轨迹成 90 度角。它离恒星的距离也出奇地近，近到恒星发出的光将 GJ 3470 b 的大量大气层吹向太空。这颗行星自形成以来可能已经失去了大约40%的质量。这个近在咫尺的偏离轨道表明，GJ 3470 b 曾经在其星系中的某个地方，在某个时刻，这颗行星与另一颗行星的引力纠缠在一起，被拉入了一条新的轨道，最终在另一个邻近地区安家落户。比蒂说："导致这种极地轨道的迁移历史以及所有这些质量的损失这些都是我们通常不了解的其他系外行星目标，这些是创造这颗特殊行星的配方中的重要步骤，可以帮助我们了解像它这样的行星是如何形成的。"通过对这颗行星大气中残留成分的进一步分析，以及华大麦迪逊分校威斯康星起源研究中心那些专门研究原行星盘和迁移动力学的同事们的帮助，GJ 3470 b 可能会帮助比蒂和其他人理解像它这样的行星是如何变得如此诱人的至少从天文学家的角度来看是如此。这项研究得到了美国国家航空航天局（NASA）的资助。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：