精彩看點：韋伯望遠鏡展示其令人難以置信的力量：探測到遙遠星球上的水

憑借其270平方英尺（25平方米）的鏡面、精確的光譜儀和敏感的探測器的綜合力量，韋伯在一次觀測中檢測到了明確的水的特征、霧霾的跡象以及根據(jù)以前的觀測認為不存在的云的證據(jù)。

【資料圖】

通過使用韋伯的近紅外成像儀和無縫隙光譜儀(NIRISS)制作的熱氣巨行星WASP-96 b的透射光譜，眼下都還只是韋伯令人興奮的系外行星探索前景的一瞥。

韋伯揭示了遙遠系外行星蒸汽大氣層的精致細節(jié)

NASA的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡已經(jīng)捕捉到了圍繞著一顆遙遠的類太陽恒星運行的氣態(tài)巨行星的大氣層中明顯的水的特征。另外，它還發(fā)現(xiàn)了云層和霧霾的證據(jù)。

這項觀測是迄今為止最詳細的觀測，這顯示了韋伯分析數(shù)百光年外大氣層的驚人能力。另外，它根據(jù)精確顏色的光的亮度的微小下降揭示了特定氣體分子的存在。

在過去的20年里，哈勃太空望遠鏡已經(jīng)分析了許多系外行星的大氣層并在2013年捕獲了第一個明確的水的檢測。然而韋伯的直接和更詳細的觀察標志著在尋求描述地球以外的潛在宜居行星方面的巨大飛躍。

WASP-96 b是銀河系中5000多顆確認的系外行星之一。它位于約1150光年之外的南天星座“鳳凰座”內(nèi)，代表了一種在我們太陽系中沒有直接類似物的氣體巨行星。WASP-96 b的質(zhì)量不到木星的一半，直徑為木星的1.2倍，這比任何圍繞我們太陽運行的行星都要膨大。并且它的溫度超過1000華氏。WASP-96 b的軌道離它的類太陽恒星非常近，只有水星和太陽之間距離的九分之一，每3個半地球日完成一個循環(huán)。

大尺寸、短軌道周期、蓬松的大氣層及缺乏來自天空中附近物體的污染光，這些因素的結(jié)合使得WASP-96 b成為大氣觀測的理想目標。

當?shù)貢r間6月21日，韋伯的NIRISS測量了WASP-96系統(tǒng)的光線，時間為6.4小時。其結(jié)果是一條顯示過境期間星光整體變暗的光曲線以及一個揭示0.6至2.8微米之間個別波長紅外光亮度變化的透射光譜。

雖然光曲線證實了已經(jīng)從其他觀測中確定的行星的屬性--行星的存在、大小和軌道--但透射光譜揭示了以前隱藏的大氣層的細節(jié)：明確的水的特征、霧霾的跡象及根據(jù)以前的觀測認為不存在的云的證據(jù)。

透射光譜是通過比較當行星在恒星上移動時通過行星大氣層過濾的星光和當行星在恒星旁邊時檢測到的未過濾的星光而得出。研究人員能夠根據(jù)吸收模式--圖上峰值的位置和高度--來檢測和測量行星大氣中關(guān)鍵氣體的豐度。就像人有獨特的指紋和DNA序列一樣，原子和分子也有它們所吸收的波長的特征模式。

NIRISS捕捉到的WASP-96 b的光譜不僅是迄今為止捕捉到的最詳細的系外行星大氣的近紅外透射光譜，而且它還涵蓋了一個非常廣泛的波長范圍--包括可見的紅光和以前沒有從其他望遠鏡中獲得的一部分光譜（波長超過1.6微米）。這部分光譜對水以及其他關(guān)鍵分子如氧氣、甲烷和二氧化碳特別敏感，這些分子在WASP-96 b的光譜中并不明顯但在計劃由韋伯觀測的其他系外行星中應(yīng)該可以檢測到。

研究人員將能使用光譜來測量大氣中的水蒸氣量、限制各種元素如碳和氧的豐度并估計大氣的溫度與深度。然后，他們可以利用這些信息來推斷這個星球的整體構(gòu)成以及它是如何、何時、何地形成的。圖中的藍線是一個最佳擬合模型，它考慮到了數(shù)據(jù)、WASP-96 b及其恒星的已知屬性及假定的大氣層特征。

由于韋伯的最先進的設(shè)計，這些測量的特殊細節(jié)和清晰度是可能的。它270平方英尺的黃金涂層鏡面有效地收集了紅外光。它的精密光譜儀則將光線分散成成千上萬種紅外顏色的彩虹。其敏感紅外探測器可以測量出極其微妙的亮度差異。NIRISS能夠探測到僅為千分之一微米的色差及這些顏色之間幾百分之一的亮度差異。

此外，韋伯的極端穩(wěn)定性和它在拉格朗日2號點周圍的軌道位置--大約遠離地球大氣層的污染影響100萬英里--使得它可以不受干擾地觀看并獲得可以相對快速分析的干凈數(shù)據(jù)。

這個特別詳細的光譜--通過同時分析在觀測過程中捕捉到的280個單獨的光譜--僅僅提供了韋伯為系外行星研究準備的一個暗示。在未來的一年里，研究人員將利用光譜學(xué)來分析幾十顆系外行星的表面和大氣層，從小型巖質(zhì)行星到富含氣體和冰的巨行星。據(jù)悉，韋伯第一周期的觀測時間有近四分之一被分配用于研究系外行星和形成它們的材料。

這次NIRISS觀測表明，韋伯有能力對系外行星的大氣層--包括那些潛在的宜居行星--進行精細的描述。