韦伯太空望远镜2021年发射 将探索行星系统的形成 收集相关数据

　　美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜计划2021年发射，研究人员将观察十多个原行星系统，以收集有关它们内部盘的数据——探索行星系统的形成。

　　我们的太阳系在数十亿年前形成时是什么样的？随着时间的推移，粒子相互碰撞，形成越来越大的岩石。最终，这些岩石变得足够大以形成行星。我们对行星的形成有一些基本的了解，但我们不知道细节——尤其是关于太阳系早期化学成分的细节，以及它可能如何随时间变化。水是如何进入地球的？虽然我们无法通过时间旅行来获得答案，但我们可以详细说明其他行星系统现在是如何形成的——并且可以学到很多东西。研究人员将在 17 个明亮的、积极形成的行星系统的内部区域训练韦伯的一种强大仪器，以开始建立其内容清单。

　　行星系统需要数百万年的时间才能形成，这对天文学家来说是一个相当大的挑战。您如何确定它们处于哪个阶段，或如何对其进行分类？最好的方法是查看大量示例并不断添加到我们拥有的数据中——美国宇航局即将推出的詹姆斯韦伯太空望远镜将能够提供红外库存。使用韦伯的研究人员将观察 17 个正在形成的行星系统。这些特殊的系统之前由世界上最大的射电望远镜阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列 （ ALMA ） 进行了高角分辨率盘子结构项目 （DSHARP） 的调查。

　　Webb 将测量可以揭示这些原行星盘内部区域分子的光谱，补充 ALMA 提供的有关这些原行星盘外部区域的详细信息。

　　研究人员将能够评估每个圆盘中水、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和氨的数量（以及许多其他分子）。至关重要的是，他们将能够计算包含我们所知的生命必需元素的分子，包括氧、碳和氮。

　　如何使用光谱法：Webb 将捕获每个原行星盘中心发出的所有光作为光谱，根据发出的光的波长产生详细的颜色图案。由于每个分子都在光谱上留下了独特的图案，研究人员可以识别存在哪些分子并建立每个原行星盘内的内容清单。这些图案的强度还携带有关每个分子的温度和数量的信息。

　　了解磁盘内部区域的内容还有其他好处。例如，水是否已经到达这个可能正在形成宜居行星的区域？萨利克说：“行星真正令人惊奇的事情之一是——稍微改变化学性质，你就可以得到这些截然不同的世界。”“这就是我们对化学感兴趣的原因。我们正试图弄清楚最初在系统中发现的材料如何最终成为不同类型的行星。”

　　“韦伯的红外数据将得到深入研究。”威斯康星大学麦迪逊分校的联合研究员 Ke Zhang 补充道。“我们希望整个研究界能够从不同角度处理数据。”

　　该计划中的原行星盘非常明亮，并且距离地球相对较近，因此成为研究的绝佳目标。这就是他们接受 ALMA 调查的原因。这也是研究人员使用 NASA 的斯皮策太空望远镜研究它们的原因。自 2003 年以来，这些物体才被深入研究，使其成为一个相对较新的研究领域。

　　望远镜的中红外仪器 （MIRI） 提供了许多优势。韦伯在太空中的位置意味着它可以捕获全范围的中红外光（地球的大气层将其过滤掉）。此外，它的数据将具有高分辨率，这将揭示光谱中更多的线条和摆动，研究人员可以使用它们来梳理特定分子。

　　研究人员还对为这些观测选择的恒星类型进行了选择。该样本包括质量约为太阳质量的一半至太阳质量两倍的恒星。目标是帮助研究人员更多地了解可能与我们自己形成的系统相似的系统。

　　该程序还可以帮助研究人员开始回答一些经典问题：原行星盘中发现的一些最丰富的元素（如碳、氮和氧）的形式是否是从形成它们的星际云“继承”而来的？还是化学品的精确混合会随着时间而改变？庞托皮丹解释说：“我们认为我们可以通过与 Webb 进行盘点来获得其中的一些答案。” “这显然是大量的工作要做——而且不能只用这些数据来完成，但我认为我们将取得一些重大进展。”

　　Salyk 补充说，更广泛地考虑 Webb 将提供的极其丰富的光谱，“我希望我们会看到让我们感到惊讶的事情，然后开始研究这些意外发现。”

　　这项研究将作为韦伯通用观察员 （GO） 计划的一部分进行，这些计划是使用双重匿名审查系统进行竞争选择的，该系统与哈勃太空望远镜上用于分配时间的系统相同。

　　詹姆斯韦伯太空望远镜将于 2021 年发射。韦伯将解开我们太阳系的奥秘，观察其他恒星周围的遥远世界，并探索我们宇宙和我们所在位置的神秘结构和起源。