新论文认为詹姆斯韦伯太空望远镜足够强大

　　系外行星大气的光谱。鸣谢:美国航天局、欧空局、加空局、STScI

　　据《今日宇宙》（布莱恩·科柏林）：在另一个世界寻找生命的最大希望不是监听编码信息或前往遥远的星球，而是探测系外行星大气中生命的化学迹象。这一期待已久的成就通常被认为超出了我们现有的天文台，但一项新的研究表明，詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)可以实现它。

　　迄今为止，我们发现的大多数系外行星都是通过凌日法发现的。从我们的角度来看，这是一颗行星从它的恒星前面经过的地方。尽管我们不能直接观察这颗行星，但我们可以看到这颗恒星的亮度下降了百分之一。随着时间的推移，我们观察恒星，我们可以发现亮度下降的规律，这表明行星的存在。

　　这颗恒星的亮度下降是因为这颗行星挡住了一些星光。但是如果行星也有大气层，那么有少量的光在到达我们之前会穿过大气层。根据大气的化学成分，某些波长会被吸收，形成星光光谱中的吸收光谱。我们早就能够通过原子和分子的吸收和发射光谱来识别它们，所以原则上，我们可以用凌日法来确定一个星球的大气成分。

　　虽然这个想法很简单，但付诸实践却很困难。首先，星光不仅仅是稳定的光流。信号中有耀斑、星点和其他湍流造成的噪声。因此，即使只是探测行星亮度下降也很困难。虽然一颗行星阻挡不到百分之一的光线，但穿过系外行星大气层的星光数量确实微乎其微。要探测大气光谱，需要多次凌日和极其详细的光谱观测。

　　系外行星分子的化学起源。鸣谢:Claringbold等人

　　我们已经在一些系外行星上完成了这项工作，例如检测水和有机化合物的存在，但这些都是针对具有厚大气层的大型气体行星完成的。我们还不能在类似地球的岩石世界中做到这一点。我们的望远镜对此不够敏感。但是这项可以在arXiv预印服务器上获得的新研究表明，JWST可以根据大气中的化学生物特征来检测某些化学生物特征。

　　研究小组模拟了五大类类地世界的大气条件:海洋世界、火山活跃世界、高轰击时期的岩石世界、超级地球和生命出现时的类地世界。他们假设所有这些世界的表面压力都小于5个地球大气压，并计算了几种有机产生的分子如甲烷、氨和一氧化碳的吸收光谱。这些分子也可以通过非生物方法形成，但它们作为概念的证明形成了良好的基线。

　　他们发现，在相当厚的大气层下，JWST，特别是其NIRSpec G395M/H仪器，可以在10次凌日内确认这些分子的存在。对于超级地球和其他有厚厚大气层的世界来说，这是最容易做到的，但对于潜在的宜居世界来说，这仍然是可能的。

　　鉴于所需的凌日次数，我们探测JWST生物特征的最佳机会将是红矮星的近轨道世界，如Trappist-1系统，它有几个潜在的可居住的地球大小的行星。鉴于生物和非生物起源之间的重叠，JWST观测可能不足以证实生命的存在，但这项研究表明，我们已经非常接近这种能力。