NASA/ESA/CSA 詹姆斯·韦伯太空望远镜再创第一：拍摄了遥远世界天空的分子和化学肖像。而韦伯和其他太空望远镜，包括 NASA/ESA 哈勃太空望远镜，之前已经揭示了这个炎热星球大气层的孤立成分，新的读数提供了原子、分子，甚至活跃化学和云的迹象的完整菜单。最新数据还暗示了这些云在近距离观察时可能会是什么样子：它们是破碎的，而不是地球上的单一、均匀的覆盖层。
该望远镜的易受影响的仪器是在 WASP-39 b 的大气层上进行训练的，WASP-700 b 是一颗“热土星”（一颗质量与土星相当，但轨道比水星更紧的行星），绕着大约 XNUMX 光年外的一颗恒星运行。这个土星大小的 系外行星 是 NASA/ESA/CSA 首批检查的项目之一 詹姆斯韦伯太空望远镜 当它开始定期科学行动时。研究结果令系外行星科学界兴奋不已。韦伯极其灵敏的仪器提供了 WASP-39 b 大气成分的概况，并识别出了大量的内容，包括 水、二氧化硫、一氧化碳、钠和钾。
这些发现预示着韦伯仪器有能力对系外行星（其他恒星周围的行星）进行广泛的研究，这是科学界所希望的。其中包括探测 TRAPPIST-1 系统中较小的岩石行星的大气层。
“我们用几台仪器观察了这颗系外行星，这些仪器一起覆盖了大片红外光谱和一系列化学指纹，直到 JWST 才能够到达，” 加州大学圣克鲁斯分校的天文学家娜塔莉·巴塔利亚（Natalie Batalha）说道，她为这项新研究做出了贡献并帮助协调了这项研究。 “像这样的数据改变了游戏规则。”
这一系列发现在五篇新的科学论文中进行了详细介绍，其中三篇已出版，另外两篇正在审查中。史无前例的发现之一是首次在系外行星大气层中探测到 二氧化硫是由来自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形成的。
“这是我们第一次在系外行星上看到光化学的具体证据——由高能恒星光引发的化学反应，” 英国牛津大学研究员、解释 WASP-39 b 大气中二氧化硫来源的论文的主要作者蔡尚民 (Shang-Min Tsai) 说道。 “我认为这是一个非常有前途的前景，可以增进我们对 系外行星大气 带着[这个使命]。”
这又创造了另一个第一：科学家将光化学计算机模型应用于需要充分解释此类物理现象的数据。由此产生的建模改进将有助于建立解释未来潜在宜居迹象所需的技术知识。
“行星是通过在主恒星的辐射浴中绕轨道运行而被雕刻和改变的，” 巴塔利亚说道。 “在地球上，这些转变让生命得以蓬勃发展。”
这颗行星与其主恒星的距离——比其近八倍 水星 是为了我们的 周日 - 也使其成为研究主恒星辐射对系外行星影响的实验室。对恒星与行星之间联系的更好了解应该可以更深入地了解这些过程如何影响银河系中观察到的行星的多样性。
韦伯望远镜检测到的其他大气成分包括钠 (Na)、钾 (K) 和水蒸气 (H2O)，证实了之前的太空和地面望远镜观测结果，并在这些较长波长下发现了额外的水指纹，这是以前从未见过的。
韦伯也看到了 二氧化碳 (CO2) 的分辨率更高，提供的数据是之前观测报告的两倍。同时，检测到一氧化碳 (CO)，但韦伯数据中没有明显的甲烷 (CH4) 和硫化氢 (H2S) 特征。如果存在，这些分子的含量非常低。
为了捕捉 WASP-39 b 大气层的广谱，一个由数百人组成的国际团队独立分析了韦伯望远镜的四个经过精细校准的仪器模式的数据。
“我们已经预测了[望远镜]会向我们展示什么，但它比我实际相信的更精确、更多样化、更美丽，” 英国布里斯托大学研究系外行星大气的天体物理学家汉娜·韦克福德说。
拥有系外行星大气中如此完整的化学成分清单，还可以让科学家了解不同元素之间的丰度，例如碳与氧或钾与氧的比率。这反过来又提供了关于这颗行星（也许还有其他行星）如何在年轻时由母恒星周围的气体和尘埃盘形成的见解。
WASP-39 b 的化学物质清单表明，被称为星子的较小天体粉碎和合并的历史，最终创造出了一颗巨大的行星。
“硫[相对于]氢的丰度表明，这颗行星可能经历了大量的星子吸积，这些星子可以将[这些成分]输送到大气中，”说 Kazumasa Ohno，加州大学圣克鲁斯分校的系外行星研究员，致力于韦伯数据。 “数据还表明，大气中的氧气比碳含量丰富得多。这可能表明 WASP-39 b 最初是在远离中心恒星的地方形成的。”
通过精确揭示系外行星大气层的细节，韦伯望远镜的仪器表现远远超出了科学家的预期，并有望为探索地球上各种系外行星进入一个新阶段。 星系.
“我们将能够看到系外行星大气层的全貌，” 说过 康奈尔大学研究员、国际团队成员劳拉·弗拉格（Laura Flagg）。 “知道一切都将被改写真是令人难以置信的兴奋。这是作为一名科学家最好的部分之一。”
期刊参考：
- 莉莉·奥尔德森等人。使用 JWST NIRSpec G39H 早期发布的系外行星 WASP-395b 科学。数字编号： 10.48550/arXiv.2211.10488
- Z. Rustamkulov 等人。使用 JWST NIRSpec PRISM 早期发布的系外行星 WASP-39b 科学。数字编号： 10.48550/arXiv.2211.10487
- 伊娃-玛丽亚·阿雷尔等人。使用 JWST NIRCam 早期发布系外行星 WASP-39b 的科学数据。数字编号： 10.48550/arXiv.2211.10489
- 阿迪娜·范斯坦 (Adina D. Feinstein) 等人与 JWST NIRISS 一起早期发布系外行星 WASP-39b 的科学成果。数字编号： 10.48550/arXiv.2211.10493
- 蔡尚民等人。系外行星大气中光化学的直接证据。数字编号： 10.48550/arXiv.2211.10490
