詹姆斯·韦伯太空望远镜的重大发现：系外

　　明亮、炽热的恒星沃尔夫-拉叶星124 (WR 124)距离地球约15，000光年，位于这张詹姆斯·韦伯太空望远镜合成图像的中心，该图像结合了韦伯近红外相机和中红外仪器发出的近红外和中红外波长的光。美国宇航局于2023年3月14日发布了这张图片。(Image credit: NASA, ESA, CSA, STScI, Webb ERO Production Team)

　　据美国太空网（By Keith Cooper）：任务小组成员说，詹姆斯·韦伯太空望远镜已经让我们眼花缭乱了，但最好的还来自天文台。

　　“我们从望远镜中得到了很多精彩的工作，”詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)行星科学副项目科学家斯蒂芬妮·米拉姆周二(3月14日)在得克萨斯州奥斯汀的西南偏南(SXSW)会议和节日上告诉观众。

　　马里兰州格林贝尔特美国宇航局戈达德太空飞行中心天体化学实验室的米拉姆补充说:“科学界正在努力分析他们自己的数据，并将其纳入科学同行评审的出版物，现在终于取得了成果。”

　　一张轰动的新发布的WR 124的JWST图像就是一个例子，这是一颗巨大的奇异恒星，已经脱落了大约10倍于太阳的质量。这幅壮观的图像是去年夏天，就在JWST开始其科学操作之后拍摄的，它说明了望远镜的近红外和中红外仪器，结合其21.3英尺宽(6.5米)的镜面的卓越光学系统，如何能够向天文学家展示他们从未见过的细节。

　　在WR 124的情况下，来自近红外相机(NIRCam)和中红外仪器(MIRI)的数据揭示了WR 124周围尘埃的块状结构，让天文学家更好地了解尘埃是如何产生的，尘埃粒子的大小和数量，以及来自其他这样的“沃尔夫-拉叶星”的尘埃如何影响银河系的整体尘埃含量，然后在下一代恒星和行星中循环利用。

　　“我们真正获得许多新信息的一个领域是恒星的诞生，”Milam在SXSW活动上说。“[我们]正在以一种我们从未真正接触过的方式理解恒星的形成，这种全新的敏感性和细节是我们以前从未有过的。我们不仅在我们自己的星系中看到了恒星的形成，甚至在其他星系中也看到了……我们现在得到了这一细节，以前我们只对自己的星系有所了解，现在扩展到宇宙中的其他星系。这真是一个令人兴奋的时刻，成为这个领域的一部分，了解我们的太阳是如何诞生的，太阳系是如何形成的，这给了我们第一次真正的一瞥。”

　　通过窥视笼罩在可见光波长不透明的恒星形成区域的尘埃气体云，JWST的红外视觉能够梳理出这些重要的细节。但是天文学家不仅仅想了解恒星和行星是如何形成的；他们也想更多地了解自己是如何进化的。这就是WR 124观测的用武之地——从星云外层脱落的中心恒星质量是我们太阳的30倍，最终将爆发为超新星。JWST也承诺对行星做同样的事情。

　　我们太阳系的行星是一个起点。“我们将使用詹姆斯·韦伯太空望远镜观察太阳系，并且已经这样做了，”米拉姆说。JWST团队已经发布了火星、木星和海王星的出色图像，以及2022年9月DART撞击小行星Dimorphos的观测结果。

　　“我们将观察我们太阳系中JWST能指出的一切，从近地小行星、彗星、星际物体、所有的行星及其卫星到我们太阳系最远的地方，包括我们最喜欢的小行星冥王星，”米拉姆说。“所以，未来还会有更多。”

　　詹姆斯·韦伯太空望远镜捕捉到了这幅遥远的冰巨人海王星的图像。(Image credit: NASA/ESA/CSASTScI)

　　在我们的太阳系之外，有更多的行星围绕其他恒星运行。迄今为止，已经发现了5000多颗系外行星，大小从比木星大的巨型行星到火星大小的小行星不等。然而，最容易研究的系外行星一直是热木星——离它们的主星非常近的气态巨行星，轨道半径只有几百万英里——因为它们产生最强的信号。

　　JWST最早的系外行星结果也来自热木星——例如WASP-39b，一颗距离我们700光年的巨型行星。JWST进行了所谓的凌日光谱学研究，在这项研究中，当行星穿过其恒星表面时，一些星光会穿过行星的大气层。这种光被行星大气层内的分子吸收，不同的分子吸收不同波长的光。JWST的WASP-39b大气光谱——显示了吸收线，这使得天文学家能够识别相关分子——是迄今为止对系外行星大气进行的最详细的观察。

　　“我们已经看到JWST数据非常好，非常精确，我们能够在这些遥远的系外行星大气中检测到我们从未真正期望看到的额外分子，”美国宇航局戈达德的克尼科尔·科隆说，他也在SXSW活动中发言，他是JWST系外行星科学的副项目科学家。

　　其中一种分子，二氧化硫，是在WASP-39b的大气中通过光化学反应产生的。换句话说，通过阳光对大气中的原子和分子的作用。

　　“我们真的不认为我们能够看到JWST的(这些化学反应的结果)，”科隆说。“即使我们知道这将是一个伟大的望远镜，[二氧化硫的检测]仍然比预期的好得多。”

　　这意味着，随着JWST研究和描述越来越多的系外行星，新的令人兴奋的发现几乎肯定会出现在菜单上，这些发现将能够教会天文学家关于这些行星的形成和演化。例如，行星大气中的气体混合物可以给出一些迹象，表明行星形成时离它的恒星有多远。

　　在JWST之前，对系外行星大气的研究仅限于炽热的木星，但是JWST现在也开始瞄准较小的、地球大小的行星的大气。例如，对TRAPPIST-1系统岩石世界的观测正在进行中，但由于这些行星比热木星小得多，并且围绕一颗暗淡的红矮星运行，JWST需要更长时间才能从它们的大气层中梳理出细节，如果它们甚至有大气层的话。然而，在接下来的几年里，来自TRAPPIST-1行星和其他类似世界的一些结果可能会改变我们在宇宙背景下如何看待我们自己的地球。

　　“我们仍然处于破译所有系外行星数据的早期阶段，”科隆说。“我们想做的是比较这些系统，然后说，‘它们和地球有什么相似之处吗？’我很高兴看到我们对那些和我们地球差不多大的行星的了解。它们可能不总是相同的温度，它们的表面可能没有液态海洋等等，但是我们仍然期望了解它们的整体大气。大气中有水吗？有二氧化碳吗？有没有什么我们熟悉的东西可以联系起来，帮助我们更好地理解外面是否有其他生命？"

　　无论这些答案是什么，它们都即将到来，接下来的几年将会非常激动人心，因为JWST将会做出最终可能成为历史性里程碑的发现。

　　“与JWST一起从事科学研究的头几年将为我们面临的巨大的新问题和挑战打开大门，这些问题和挑战涉及另一个星球上是否可能存在生命，”米拉姆说。

　　另一个与寻找可居住的系外行星一样吸引人们想象力的谜团是黑暗宇宙，特别是暗物质，这是一种神秘的物质，被认为是在星系和星系团中观察到的额外引力和暗能量的原因，暗能量是推动宇宙加速膨胀的未知力量。

　　“我们认为，宇宙中大约75%的能量物质是我们称为暗能量的神秘物质，另外20%是称为暗物质的神秘物质，”Milam说。“当天文学家不知道某样东西是什么的时候，我们就给它贴上黑暗的标签。令人震惊…数千亿个星系、数万亿颗恒星和数不清的行星，所有这些仅占整个宇宙的5%。而剩下的，另外95%，我们不知道是什么。”

　　暗物质位于星系周围看不见的光环中，这使得Milam将暗物质描述为星系所在的“脚手架”。

　　“JWST将帮助我们特别了解暗物质，”米拉姆说。"通过研究星系如何随时间变化，我们能够更多地了解暗物质."

　　JWST将无法发现暗物质是什么；这取决于粒子物理学家。但是通过观察暗物质在星系周围的行为，天文学家将能够限制它的一些特性，这可以帮助物理学家确定它的性质。自从薇拉·鲁宾在20世纪70年代首次发现暗物质的存在以来，研究人员就一直在问这个问题，而JWST可以帮助天文学家在我们的理解上取得一些巨大的进步。

　　与此同时，JWST的新发现不断出现。

　　“我可以说，我们有很多从望远镜中获得的精彩作品，”Milam说。“我们有一系列即将发布的新闻稿，所以这是一个非常激动人心的时刻。每周我们都会发布一些东西，所以请继续关注，我相信你会大吃一惊的。”