詹姆斯·韦伯太空望远镜首次揭示遥远的气态大气中充满了二氧化碳

美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 继续其炎热的夏季科学发现，发现了系外行星大气中存在二氧化碳的第一个明确证据。该研究结果已被《自然》杂志接受发表。太阳系外行星，或称系外行星，是指我们太阳系以外的任何行星。它们中的大多数像地球绕太阳运行一样绕其他恒星运行，但一些自由漂浮的系外行星（又称流浪行星）绕银河系中心运行，不受任何其他恒星的束缚。

这项新发现意味着，开创性的詹姆斯·韦伯太空望远镜未来可能能够探测和测量小型岩石行星稀薄大气层中的关键分子，如二氧化碳。这类数据让科学家能够深入了解银河系行星的形成、组成和演化。

系外行星 WASP-39b 于 2011 年首次被发现。七年后，NASA 的哈勃和斯皮策太空望远镜在 WASP-39b 的大气中探测到了水蒸气、钠和钾，让我们得以一窥这颗行星周围的情况。2022 年，它成为詹姆斯·韦伯太空望远镜研究的第一颗系外行星。

WASP-39b 距离地球约 700 光年，是一颗炽热的气态巨行星，质量与土星差不多，但直径比木星​​（太阳系最大的行星）大 1.3 倍。这颗行星之所以如此蓬松，部分原因是它的温度约为 1,600 华氏度（900 摄氏度），因此被戏称为“热土星”。WASP-39b 处于无尽的夏天，因为它绕母星运行的距离非常近，不像太阳系中温度较低、体积较小的气态巨行星。它绕母星运行一圈，也就是一个“年”，只需要四个地球日多一点的时间。

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WASP-39b 首次被报道是利用地面探测到其主星发出的周期性暗淡光。当行星从主星前方经过时，主星发出的光会变暗，就像日食期间一样。凌日或这种类似日食的事件可以为研究人员提供探索行星大气层的理想机会。

不同的气体吸收不同的颜色组合，这意味着研究人员“可以分析波长范围内透射光亮度的细微差异，以确定大气的确切成分”，NASA 表示。WASP-39b 的膨胀大气和频繁凌日使其成为透射光谱技术的完美目标。

该团队使用 JWST 的近红外光谱仪 (NIRSpec) 进行这些观测。约翰霍普金斯大学研究生、JWST 凌日系外行星社区早期释放科学团队成员 Zafar Rustamkulov 在一份声明中表示：“数据一出现在我的屏幕上，巨大的二氧化碳特征就吸引了我。”该团队负责此次调查。“这是一个特殊的时刻，跨越了系外行星科学的一个重要门槛。”

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据 NASA 报道，研究人员首次在系外行星透射光谱中测量 3 至 5.5 微米范围内如此多单色亮度的细微差异。在测量系外行星中有多少气体、水、甲烷和二氧化碳时，获取这部分光谱至关重要。

加州大学圣克鲁斯分校的研究小组负责人娜塔莉·巴塔利亚 (Natalie Batalha) 在美国宇航局的声明中表示：“在 WASP-39 b 上探测到如此清晰的二氧化碳信号，对于探测到较小的类地行星上的大气层来说，是一个好兆头。”

对于科学家来说，了解行星大气的组成非常重要，因为它为了解行星的起源和演化打开了一扇窗户。“二氧化碳分子是行星形成过程的敏感示踪剂，”亚利桑那州立大学的研究团队成员迈克·莱恩在美国宇航局的声明中说道。“通过测量二氧化碳特征，我们可以确定这颗气态巨行星的形成过程中使用了多少固体和多少气体物质。在未来十年，詹姆斯·韦伯太空望远镜将对各种行星进行这种测量，深入了解行星形成的细节以及我们太阳系的独特性。”