韦伯太空望远镜揭示"热土星"系

    来源: 神秘的地球

      韦伯太空望远镜揭示

      韦伯太空望远镜揭示"热土星"系外行星WASP-39 b的大气层

      据cnBeta:新的韦伯太空望远镜对WASP-39 b的观测揭示了一个行星大气中从未见过的分子--二氧化硫--以及其他细节。该望远镜的高灵敏度仪器阵列被训练在WASP-39 b的大气层上,这是一颗位于大约700光年之外的"热土星"。热土星是一颗质量与土星差不多的系外行星,它紧紧围绕着一颗恒星运行,因此它的表面大气层温度很高。

      尽管韦伯和其他太空望远镜,包括哈勃和斯皮策之前已经揭示了这颗炙热行星大气层的孤立成分,但新的读数提供了一份原子、分子的完整名单,甚至观察到了活跃化学和云层的迹象。

      哈佛大学天体物理中心的天文学家梅赛德斯-洛佩斯-莫拉莱斯(Mercedes López-Morales)说:"数据中来自许多不同分子的信号的清晰度是非常显着的。我们已经预测到我们会看到许多这样的信号,但是,当我第一次看到这些数据时,我仍然感到敬畏。"

      最新的数据还暗示了系外行星中的这些云层在近处可能是什么样子的:被打散,而不是在行星上形成单一的、均匀的毯子。这些发现预示着韦伯有能力对系外行星--其他恒星周围的行星--进行科学家所希望的广泛调查。这包括探测像TRAPPIST-1系统中的那些较小的岩质行星的大气层。

      加州大学圣克鲁兹分校的天文学家Natalie Batalha说:"我们用多种仪器观测了这颗系外行星,这些仪器共同提供了广泛的红外光谱和一系列在韦伯之前无法获得的化学指纹。像这样的数据是一个游戏规则的改变者"。

      韦伯太空望远镜揭示

      韦伯空间望远镜对WASP-39 b的观测显示了大气中的二氧化硫。这是第一次在系外行星的大气层中检测到这种物质。资料来源:Melissa Weiss/天体物理学中心 | 哈佛大学和史密森学会

      这一系列的发现详见一组新提交的科学论文,可在预印本服务器arXiv上查阅。在这些史无前例的发现中,最值得关注的是首次在系外行星的大气中发现了二氧化硫,这是一种由行星母星的高能光引发的化学反应产生的分子。在地球上,高层大气中的保护性臭氧层是以类似的方式产生的。

      美国宇航局哈勃研究员、天体物理学中心的天文学家和发现二氧化硫的团队的核心成员戴安娜-鲍威尔说:"对二氧化硫的惊人探测最终证实了光化学塑造了热土星的气候。地球的气候也是由光化学形成的,所以我们的星球与'热土星'的共同点比我们以前知道的要多!"

      哈佛大学的研究生和天体物理学中心的研究员Jea Adams分析了确认二氧化硫信号的数据。

      亚当斯说:"作为系外行星大气层领域的早期研究人员,能够参与这样的探测是非常令人兴奋的。分析这个数据的过程感觉很神奇。我们在早期的数据中看到了这个特征的暗示,但是这个更高精度的仪器清楚地揭示了SO2的特征,帮助我们解决了这个难题。"

      韦伯太空望远镜揭示

      美国宇航局的詹姆斯-韦伯太空望远镜已经揭示了热气巨行星WASP-39 b的大气成分。这张图显示了来自韦伯的三个仪器在四种仪器模式下运行的四张透射光谱图。在左上方,来自NIRISS的数据显示了钾(K)、水(H2O)和一氧化碳(CO)的指纹。在右上方,来自NIRCam的数据显示了一个突出的水特征。在左下方,NIRSpec的数据显示了水、二氧化硫(SO2)、二氧化碳(CO2)和一氧化碳(CO)。在右下方,额外的NIRSpec数据显示了所有这些分子以及钠(Na)。资料来源:NASA、ESA、CSA、Joseph Olmsted(STSCI)。

      WASP-39 b的温度估计为1600华氏度,其大气层主要由氢组成,显然不适合居住。这颗系外行星已被比作土星和木星,其质量与土星相似,但总体大小与木星一样大。但是新的工作为在一颗宜居行星上找到潜在生命的证据指明了方向。这颗行星离它的主星很近--比水星离我们的太阳还近八倍--也使它成为研究主星辐射对系外行星影响的实验室。对恒星与行星之间的联系有了更好的了解,应该能更深入地理解这些过程是如何创造出银河系中观察到的行星的多样性的。

      韦伯探测到的其他大气成分包括钠、钾和水蒸气,证实了以前的空间和地面望远镜的观测结果,并在更长的波长下发现了以前没有看到过的额外的水特征。

      韦伯还以更高的分辨率看到了二氧化碳,所提供的数据是其以前观测报告的两倍。同时,检测到了一氧化碳,但是数据中没有甲烷和硫化氢的明显特征。如果存在的话,这些分子的含量非常低,这对于科学家们清点系外行星的化学成分,以便更好地了解这些遥远世界的形成和发展,是一个重要的发现。

      捕捉WASP-39 b的大气层的如此广泛的光谱是一次科学之旅,因为一个数百人的国际团队独立分析了来自韦伯的四个精细校准的仪器模式的数据。然后他们对自己的发现进行了详细的相互比较,产生了更多科学上的细微成果。

      韦伯用红外光观察宇宙,在人眼无法看到的光谱红端;这使望远镜能够采集到在可见光中无法检测到的化学指纹。这三个仪器中的每一个甚至在其名称中都有一些红外的"IR"字样:NIRSpec、NIRCam和NIRISS。

      为了看到来自WASP-39 b的光线,韦伯跟踪了这颗行星,因为它在其恒星前面经过,允许恒星的一些光线通过行星的大气层。大气层中不同类型的化学物质会吸收不同颜色的星光光谱,因此缺失的颜色会告诉天文学家哪些分子是存在的。

      通过如此精确地解析系外行星的大气层,韦伯仪器的表现远远超出了科学家的预期--并承诺在银河系中各种各样的系外行星中进行探索的新阶段。

      洛佩斯-莫拉莱斯说:"我期待着看到我们在小型陆地行星的大气层中发现什么。"

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