韦伯望远镜重大发现：系外行星大气含二氧化碳

根据目前对系外行星WASP-39 b的了解，这张插图显示了这颗行星的样子。（NASA, ESA, CSA, L. Hustak/STScI）

NASA的韦伯太空望远镜已经明确捕捉到证据：一个系外行星大气中存在二氧化碳。研究人员表示，该发现“跨越了系外行星科学中的一个重要门槛”。韦伯在未来十年将对各种行星进行此类测量，以了解它们的起源和演变。

据美国国家航空航天局（NASA）称，这颗系外行星WASP-39 b是一颗围绕一颗类似太阳的恒星运行的热气巨行星，这颗凌日行星距离地球700光年。这是詹姆斯‧韦伯太空望远镜（JWST）对宇宙进行更大范围探索的一部分。

NASA在一份新闻稿中指出，了解像WASP-39 b这样的行星大气构成对于了解它们的起源和它们如何演变至关重要。

亚利桑那州立大学地球和空间探索学院副教授迈克‧莱恩（Mike Line）在新闻稿中说：“二氧化碳分子是行星形成故事的敏感追踪器。”莱恩是JWST凌日系外行星社区早期发布科学小组成员，该小组进行了这项调研。

该小组利用韦伯望远镜的四个科学仪器之一——近红外光谱仪（NIRSpec），观察WASP-39 b大气中的二氧化碳。他们的研究是早期发布科学计划（Early Release Science Program）的一部分。该计划旨在尽快向系外行星研究界提供望远镜的数据，指导进一步的科学研究和发现。

这一最新发现已在《自然》杂志上发表。

“通过测量这个二氧化碳特征，我们可以确定有多少固体物质与多少气态物质形成了这个气态巨行星。”莱恩补充说，“在未来的十年里，JWST将对各种行星进行此类测量，以洞察行星如何形成的详细情况以及我们自己太阳系的独特性。”

系外行星研究新时代

韦伯望远镜于2021年圣诞节被发射到距离地球150万公里（近93.2万英里）的现有轨道。与其它太空望远镜相比，韦伯使用波长更长的光来观察宇宙。因此，它具有比前辈们更敏锐和更深远的观察力。

在捕捉到的该行星大气层的光谱中，研究人员在4.1和4.6微米之间看到了一个“小山丘”。团队负责人、加州大学圣克鲁兹分校天文学和天体物理学教授娜塔莉‧巴塔拉（Natalie Batalha）在新闻稿中说，这是一个“清晰的二氧化碳信号”。

来自韦伯（Webb）近红外光谱仪（NIRSpec）的一系列光曲线显示了WASP-39 b行星2022年7月10日凌日时，来自其恒星的三种不同波长（颜色）的光线亮度变化。（NASA, ESA, CSA, L. Hustak/STScI）

在WASP-39 b凌日过程中，其恒星部分星光被行星完全遮蔽（导致整体变暗），一些星光则通过行星的大气层传输。

由于不同的气体吸收不同的颜色组合，研究人员可以分析整个波长光谱中透射光亮度的微小差异，以确定大气层的确切成分。鉴于其膨胀的大气层和频繁的过境，WASP-39 b是透射光谱学的一个理想目标。

此前，NASA的哈勃（Hubble）和斯皮策（Spitzer）望远镜在该行星的大气层中发现了水蒸气、钠和钾。巴塔拉说：“以前用哈勃和斯皮策对这颗行星的观测给了我们诱人的暗示——二氧化碳可能存在。”

“来自JWST的数据显示了一个明确的二氧化碳特征，它是如此突出，几乎是在向我们喊话。”她说。

团队成员扎法尔‧鲁斯坦库洛夫（Zafar Rustamkulov）在一份新闻稿中说：“当数据一出现在我的屏幕上，惊人的二氧化碳特征便抓住了我。”他是约翰‧霍普金斯大学Morton K. Blaustein地球和行星科学系的研究生。

“这是一个特殊的时刻，跨越了系外行星科学中的一个重要门槛。”他补充说。

WASP-39 b于2011年被发现，其质量与土星差不多，大约是木星的四分之一，而其直径是木星的1.3倍。这颗极端膨胀的热气巨行星温度高达1,600华氏度（871摄氏度）左右。

由于这颗系外行星的轨道非常接近它的恒星——只有太阳与最靠近它的水星之间距离的八分之一，它在略微超过四个地球日的时间里便可完成一个循环。