對(duì)于系外行星愛好者來說，這是一個(gè)了不起的夢(mèng)想成真，NASA的詹姆斯-韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)已經(jīng)展示了其前所未有的能力，其可以分析1000多光年外的系外行星的大氣層。
憑借其270平方英尺（25平方米）的鏡面、精確的光譜儀和敏感的探測(cè)器的綜合力量，韋伯在一次觀測(cè)中檢測(cè)到了明確的水的特征、霧霾的跡象以及根據(jù)以前的觀測(cè)認(rèn)為不存在的云的證據(jù)。
通過使用韋伯的近紅外成像儀和無縫隙光譜儀(NIRISS)制作的熱氣巨行星WASP-96 b的透射光譜，眼下都還只是韋伯令人興奮的系外行星探索前景的一瞥。
韋伯揭示了遙遠(yuǎn)系外行星蒸汽大氣層的精致細(xì)節(jié)
NASA的詹姆斯-韋伯太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)捕捉到了圍繞著一顆遙遠(yuǎn)的類太陽恒星運(yùn)行的氣態(tài)巨行星的大氣層中明顯的水的特征。另外，它還發(fā)現(xiàn)了云層和霧霾的證據(jù)。
這項(xiàng)觀測(cè)是迄今為止最詳細(xì)的觀測(cè)，這顯示了韋伯分析數(shù)百光年外大氣層的驚人能力。另外，它根據(jù)精確顏色的光的亮度的微小下降揭示了特定氣體分子的存在。
在過去的20年里，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)分析了許多系外行星的大氣層并在2013年捕獲了第一個(gè)明確的水的檢測(cè)。然而韋伯的直接和更詳細(xì)的觀察標(biāo)志著在尋求描述地球以外的潛在宜居行星方面的巨大飛躍。
WASP-96 b是銀河系中5000多顆確認(rèn)的系外行星之一。它位于約1150光年之外的南天星座“鳳凰座”內(nèi)，代表了一種在我們太陽系中沒有直接類似物的氣體巨行星。WASP-96 b的質(zhì)量不到木星的一半，直徑為木星的1.2倍，這比任何圍繞我們太陽運(yùn)行的行星都要膨大。并且它的溫度超過1000華氏。WASP-96 b的軌道離它的類太陽恒星非常近，只有水星和太陽之間距離的九分之一，每3個(gè)半地球日完成一個(gè)循環(huán)。
大尺寸、短軌道周期、蓬松的大氣層及缺乏來自天空中附近物體的污染光，這些因素的結(jié)合使得WASP-96 b成為大氣觀測(cè)的理想目標(biāo)。
當(dāng)?shù)貢r(shí)間6月21日，韋伯的NIRISS測(cè)量了WASP-96系統(tǒng)的光線，時(shí)間為6.4小時(shí)。其結(jié)果是一條顯示過境期間星光整體變暗的光曲線以及一個(gè)揭示0.6至2.8微米之間個(gè)別波長(zhǎng)紅外光亮度變化的透射光譜。
雖然光曲線證實(shí)了已經(jīng)從其他觀測(cè)中確定的行星的屬性--行星的存在、大小和軌道--但透射光譜揭示了以前隱藏的大氣層的細(xì)節(jié)：明確的水的特征、霧霾的跡象及根據(jù)以前的觀測(cè)認(rèn)為不存在的云的證據(jù)。
透射光譜是通過比較當(dāng)行星在恒星上移動(dòng)時(shí)通過行星大氣層過濾的星光和當(dāng)行星在恒星旁邊時(shí)檢測(cè)到的未過濾的星光而得出。研究人員能夠根據(jù)吸收模式--圖上峰值的位置和高度--來檢測(cè)和測(cè)量行星大氣中關(guān)鍵氣體的豐度。就像人有獨(dú)特的指紋和DNA序列一樣，原子和分子也有它們所吸收的波長(zhǎng)的特征模式。
NIRISS捕捉到的WASP-96 b的光譜不僅是迄今為止捕捉到的最詳細(xì)的系外行星大氣的近紅外透射光譜，而且它還涵蓋了一個(gè)非常廣泛的波長(zhǎng)范圍--包括可見的紅光和以前沒有從其他望遠(yuǎn)鏡中獲得的一部分光譜（波長(zhǎng)超過1.6微米）。這部分光譜對(duì)水以及其他關(guān)鍵分子如氧氣、甲烷和二氧化碳特別敏感，這些分子在WASP-96 b的光譜中并不明顯但在計(jì)劃由韋伯觀測(cè)的其他系外行星中應(yīng)該可以檢測(cè)到。
研究人員將能使用光譜來測(cè)量大氣中的水蒸氣量、限制各種元素如碳和氧的豐度并估計(jì)大氣的溫度與深度。然后，他們可以利用這些信息來推斷這個(gè)星球的整體構(gòu)成以及它是如何、何時(shí)、何地形成的。圖中的藍(lán)線是一個(gè)最佳擬合模型，它考慮到了數(shù)據(jù)、WASP-96 b及其恒星的已知屬性及假定的大氣層特征。
由于韋伯的最先進(jìn)的設(shè)計(jì)，這些測(cè)量的特殊細(xì)節(jié)和清晰度是可能的。它270平方英尺的黃金涂層鏡面有效地收集了紅外光。它的精密光譜儀則將光線分散成成千上萬種紅外顏色的彩虹。其敏感紅外探測(cè)器可以測(cè)量出極其微妙的亮度差異。NIRISS能夠探測(cè)到僅為千分之一微米的色差及這些顏色之間幾百分之一的亮度差異。
此外，韋伯的極端穩(wěn)定性和它在拉格朗日2號(hào)點(diǎn)周圍的軌道位置--大約遠(yuǎn)離地球大氣層的污染影響100萬英里--使得它可以不受干擾地觀看并獲得可以相對(duì)快速分析的干凈數(shù)據(jù)。
這個(gè)特別詳細(xì)的光譜--通過同時(shí)分析在觀測(cè)過程中捕捉到的280個(gè)單獨(dú)的光譜--僅僅提供了韋伯為系外行星研究準(zhǔn)備的一個(gè)暗示。在未來的一年里，研究人員將利用光譜學(xué)來分析幾十顆系外行星的表面和大氣層，從小型巖質(zhì)行星到富含氣體和冰的巨行星。據(jù)悉，韋伯第一周期的觀測(cè)時(shí)間有近四分之一被分配用于研究系外行星和形成它們的材料。
這次NIRISS觀測(cè)表明，韋伯有能力對(duì)系外行星的大氣層--包括那些潛在的宜居行星--進(jìn)行精細(xì)的描述。
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