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韋伯望遠(yuǎn)鏡首次在系外行星上發(fā)現(xiàn)活性化學(xué)物質(zhì)
作者：辛雨 來源：中國科學(xué)報(bào) 
山東拓普生物工程有限公司  http://www.jlkcpj.cn
系外行星WASP-39b(構(gòu)想圖)的組成與土星相似。圖片來源：Science Photo Library/Alamy
詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)提供了迄今為止最詳細(xì)的系外行星信息。在這顆名為WASP-39b的行星的大氣中，有一種有趣的化學(xué)反應(yīng)，形成了斑塊狀的云，并為這顆行星的形成提供了線索。相關(guān)觀測(cè)結(jié)果以5篇論文的形式發(fā)表于11月22日預(yù)印本網(wǎng)站arXiv。
觀測(cè)團(tuán)隊(duì)成員、德國馬克斯·普朗克天文研究所（MPIA)負(fù)責(zé)人Laura Kreidberg表示：“我們以前研究過很多行星，但從未見過這樣的數(shù)據(jù)集�！�
WASP-39b是一顆“熱木星”，距離地球約700光年，質(zhì)量約為木星的三分之一，成分與土星更相似。它圍繞主星運(yùn)行的時(shí)間僅為4個(gè)地球日，它與主星的距離比水星與太陽的距離近8倍，溫度高達(dá)900℃。
Kreidberg表示，這顆行星雖不適合生命居住，但卻成為JWST觀測(cè)其生命早期并測(cè)試其系外行星能力的“完美目標(biāo)”。
JWST于2021年12月發(fā)射，并在今年7月觀測(cè)了WASP-39b 40多個(gè)小時(shí)。初步結(jié)果顯示，這顆行星的大氣中有二氧化碳，這是首次在系外行星上發(fā)現(xiàn)二氧化碳。
JWST利用載荷儀器，觀察到從這顆行星的恒星發(fā)出的穿過WASP-39b大氣層的光，這一過程被稱為透射光譜。這使得研究人員能夠在這顆行星的大氣中探測(cè)到除了二氧化碳之外的水、一氧化碳、鈉、鉀等物質(zhì)。
研究人員還驚訝地發(fā)現(xiàn)了二氧化硫。它的存在表明，當(dāng)來自恒星的光照射到WASP-39b的大氣中時(shí)，大氣中正在發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，類似于太陽在地球大氣中產(chǎn)生臭氧的過程。以WASP-39b為例，來自其比太陽略小的恒星的光將其大氣中的水分解為氫離子和氫氧根離子，氫氧根離子與硫化氫反應(yīng)生成二氧化硫。
觀測(cè)結(jié)果還顯示，WASP-39b上的碳氧比相對(duì)較低。觀測(cè)團(tuán)隊(duì)成員、英國華威大學(xué)天文學(xué)家Eva-Maria Ahrer認(rèn)為，這表明WASP-39b之前可能在不同的位置以冰的形式吸收了大量的水，這表明它在太陽系的更遠(yuǎn)處形成，可能木星所在的位置類似。
“熱木星”的遷移可以解釋它們與恒星的接近。但目前尚不清楚，這是一個(gè)可能持續(xù)數(shù)千萬年的緩慢過程，還是另一顆行星或恒星的引力“推”導(dǎo)致的更快的過程。了解WASP-39b的組成可以幫助天文學(xué)家確定發(fā)生了哪種情況。
觀測(cè)還顯示，這顆行星的云層覆蓋不完整，這是天文學(xué)家以前從未在系外行星上觀測(cè)到的。這顆行星被潮汐鎖定在其恒星上，因此由于巨大的引力，同一面總是朝向它。
觀測(cè)小組聯(lián)合負(fù)責(zé)人、美國芝加哥大學(xué)天文學(xué)家Jacob Bean指出，在晝夜的邊界，WASP-39b只有大約60%被云覆蓋，這可能是由于云在到達(dá)較熱的白天時(shí)蒸發(fā)，在到達(dá)較冷的夜晚時(shí)凝結(jié)造成的。
據(jù)悉，JWST在科學(xué)研究的第一年觀測(cè)了大約70顆系外行星，WASP-39b的科學(xué)研究將持續(xù)到明年6月。WASP-39b為系外行星研究提供了一個(gè)“基準(zhǔn)”，其中包括TRAPPIST-1系統(tǒng)中的行星，在該系統(tǒng)中，一顆小紅矮星被7顆地球大小的行星環(huán)繞，通過透射光譜學(xué)可以發(fā)現(xiàn)其中一些行星可能適合居住。
與此同時(shí)，今年12月，JWST將觀察一顆名為WASP-43b的行星完成圍繞其恒星的整個(gè)軌道，持續(xù)一個(gè)地球日，并揭示該行星氣候和化學(xué)方面前所未有的細(xì)節(jié)。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.48550/arXiv.2211.10487
https://doi.org/10.48550/arXiv.2211.10488
https://doi.org/10.48550/arXiv.2211.10489
https://doi.org/10.48550/arXiv.2211.10490
https://doi.org/10.48550/arXiv.2211.10493