詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）如今提供了迄今為止最詳細(xì)的系外行星信息，從而使后者成為除太陽系八大行星外，科學(xué)家最了解的天體。在這顆名為WASP-39b的行星大氣中，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篇論文的形式于11月22日發(fā)表在預(yù)印本網(wǎng)站arXiv上。
(相關(guān)資料圖)
觀測(cè)團(tuán)隊(duì)成員、德國(guó)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1/3，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，與后者的距離是水星與太陽距離的1/8，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早期觀測(cè)并測(cè)試其系外行星觀測(cè)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)WASP-39b達(dá)40多個(gè)小時(shí)。初步研究結(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母星發(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，后者與硫化氫反應(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(guó)華威大學(xué)天文學(xué)家Eva-Maria Ahrer認(rèn)為，WASP-39b之前可能在不同位置以冰的形式吸收了大量的水，這表明它在該星系的更遠(yuǎn)處形成，可能與木星所在的位置類似。
“熱木星”的遷移可以解釋它與恒星的接近。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導(dǎo)致的更快過程。了解WASP-39b的組成可以幫助天文學(xué)家確定是哪種情況。
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。這顆行星被潮汐與母星鎖定，由于巨大的引力，同一面總是朝向后者。
觀測(cè)小組聯(lián)合負(fù)責(zé)人、美國(guó)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，這可能是由于云在較熱的白天蒸發(fā)、在較冷的夜晚凝結(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，對(duì)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)可能發(fā)現(xiàn)其中一些行星適合居住。
今年12月，JWST將觀測(cè)一顆名為WASP-43b的行星圍繞母星運(yùn)行的整個(gè)過程，這將持續(xù)一個(gè)地球日，并會(huì)揭示該行星氣候和化學(xué)方面前所未有的細(xì)節(jié)。 (辛雨)
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