人類首次確認,太陽系以外的行星上存在一種重要物質

天空之城 2022/08/28 檢舉 我要評論

在詹姆斯·韋布空間望遠鏡的幫助下,人類有史以來首次獲得了系外行星大氣層內存在二氧化碳的明確證據。

該成就是由一個以美國加州大學圣克魯茲分校Natalie Batalha為首的天文科研團隊獲得的。被確認大氣層中存在二氧化碳的行星名為WASP-39b位于室女座,距離地球約700光年,是一顆質量與土星相仿的行星。它圍繞一顆與太陽相似的恒星運行,但和土星不同的是,WASP-39b距離它的太陽相當近,只有地球和太陽距離的二十分之一。

藝術家根據已有認識描繪的系外行星WASP-39b。JWST / Joseph Olmsted

二氧化碳是太陽系行星大氣層的重要成分。火星和金星,以及木星和土星這樣的氣體巨行星大氣層中都有二氧化碳。而對于系外行星而言,二氧化碳既可能在小型巖石行星大氣層中被檢測到,同時也是氣體巨行星大氣層含有多少「重元素」的指示劑。此前哈勃和斯皮策太空望遠鏡都曾在WASP-39b身上發現過「模糊」的二氧化碳印記。而韋布的結論給了科學家一顆定心丸。

二氧化碳是一種靈敏度十分高的「檢測棒」。探測二氧化碳,是當前最有效的氣體巨行星大氣層重元素檢測手段。因此能夠在遙遠的系外行星身上得出如此明確的結論,研究人員的感覺相當不錯。

韋布獲得的WASP-39b大氣層光譜圖。JWST

恒星和氣體巨行星的「金屬」元素豐度——在這里,金屬指的是比宇宙中最基礎的元素:氫和氦重的其他元素——是影響行星形成過程的關鍵因素。而檢測行星重元素含量的能力,對于理解行星的形成機制十分關鍵。

當行星從恒星前方掠過時,星光會穿越行星的大氣層(如果有的話)。行星大氣層中所含有特定成分,會在星光的光譜中留下特定的「吸收線」,這其中就包括了二氧化碳。研究人員稱韋布望遠鏡近紅外光譜儀獲得的系外行星大氣層光譜數據質量超乎想象地好。

相同的方法還可以用來探測小型巖石行星的大氣成分,當然那樣的信號強度可能會比不上氣體巨行星WASP-39b。但二氧化碳也是韋布在小型巖石行星大氣層中最有可能探測到的氣體。

除了探測到二氧化碳,研究人員還在WASP-39b身上發現了另外一個雖還未被證實,但看上去相當有趣的神秘現象——他們發現WASP-39b的化學構成和太陽系土星驚人地相似。

土星的「金屬」元素含量是太陽的10倍,而WASP-39b的「金屬」元素含量,竟然也是太陽的10倍。

這一「巧合」讓研究人員吃驚不小。莫非宇宙中所有質量和土星相似的行星都擁有相同的「金屬」含量?

WASP-39b的質量雖然和土星相仿,但它的密度只有土星的50%,體積也要比土星大一半。這可能是因為它和它的太陽距離太近。也正因如此,它的大氣層云量非常少,非常「通透」,這對韋布分析它的大氣成分十分有利。

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