NASA 的詹姆斯·韦伯望远镜将穿透其他世界的迷雾

它应该有助于天文学家了解银河系中一些最普遍的行星。
詹姆斯·韦伯太空望远镜的镀金镜面。NASA

詹姆斯·韦伯望远镜的发射已被 推迟 至至少 12 月 22 日,因为固定其运载火箭的夹具出现故障。但当航天器最终进入轨道后,系外行星天文学家们期待着对系外行星产生革命性的观测效果。

芝加哥大学系外行星天文学家、最近一项 NASA 公告 中概述的两项计划中的系外行星观测的联合负责人 Jacob Bean 表示,我们银河系中每两颗类太阳恒星中就有一颗拥有次海王星系外行星,其大小介于地球和海王星之间。天文学家们对这些普遍存在的行星的形成和构成知之甚少。它们是岩石状的类地行星,长大了一些并获得了浓密的大气层吗?还是它们像海王星一样由冰组成?

Bean 说,大多数系外行星专家推测,这些行星是岩石状的。如果属实,这些行星对于理解类地行星如何形成也很重要。

蒙特利尔大学专门研究系外行星的天体物理学家 Björn Benneke 表示:“如果你想了解任何关于行星的事情,你至少要了解最普遍的行星类型”,即次海王星。Benneke 没有参与 Bean 的团队,但他将参与其他韦伯望远镜的系外行星观测。他此前曾发现证据表明,至少有一颗次海王星系外行星上 可能存在水

但即使是次海王星大气层的构成也很难观测,因为它们经常被雾霾或云层遮挡。

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Bean 表示,这些特征被认为在许多行星的天空中很普遍。事实上,我们太阳系中所有的行星大气层都包含云或雾霾。他说,雾霾和云是气溶胶——液态或固态物质微小颗粒——在大气中表现出的两种不同方式。当通常在大气中是气态的物质“凝结”时,就会形成云,这是一种现象,例如水蒸气在空气中通常是气态的,如果空气饱和,就会凝结成云。Bean 说,雾霾与云相似,但它发生在恒星的紫外线辐射分解大气中的分子时,这些分子会在本来不会凝结的情况下凝结。

这种行星雾霾与地球上由污染引起的雾霾不同。附近一个朦胧大气层的典型例子是覆盖土星的卫星泰坦的大气层,其中氮气和甲烷在大气中被 阳光分解 并形成气溶胶。

Benneke 说,詹姆斯·韦伯望远镜能够观测到比其他太空望远镜更长的“中红外”波长。这将使天文学家能够更深入地观测行星大气层,因为在较长波长下观测时,云和雾霾通常更透明。他说,斯皮策太空望远镜专攻红外线,也是系外行星天文学的强大工具。詹姆斯·韦伯望远镜是哈勃太空望远镜的继任者,哈勃太空望远镜是第一个也是最著名的太空望远镜,在其三十多年的服役期间拍摄了海量的图像。韦伯望远镜将比它们两个都更大、更精确。

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Bean 说,韦伯望远镜的红外视野还将能够精确测量像 GJ 1214 b 这样的系外行星的温度——它是已知最古老、研究最透彻的系外行星之一。GJ 1214 b 更容易观测,因为它相对于其母星来说体积较大,而母星是一颗红矮星,距离我们只有 40 光年。

Bean 说,该团队希望能够直接测量其大气中存在哪些类型的分子。但即使他们做不到,由于这颗行星是潮汐锁定的,总是一面朝向其恒星,该团队应该能够通过另一种方法了解其构成:他们可以测量这颗行星的温度,并研究大气层是如何通过超旋转急流——环绕行星流动的赤道急流——将热量从昼侧传递到夜侧的。

大多数容易探索的次海王星都靠近它们的恒星,这使得它们的存亡更加难以解释。它们保留了厚厚的气态大气层,这对于一颗小行星来说,在如此靠近恒星的强烈太阳风和高温下,是极难维持的。Bean 说:“这些行星到底是怎么吸入这么多(气体)的?”

Benneke 说,由于次海王星“处于哈勃望远镜能够探测的边缘”,詹姆斯·韦伯望远镜可能对研究它们来说是“彻底改变游戏规则的”。韦伯望远镜的大尺寸、镀金镜面以及它保持低温的事实,意味着它“是为测量宇宙温度而真正建造的”。

 

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Leto Sapunar

特约撰稿人,科学

Leto Sapunar是一名自由撰稿的科学记者,自2020年起报道物理学、太空、气候和科学问责。他自2021年初以来一直在为《流行科学》撰稿,他的作品还刊登在《科学美国人》、《内幕气候新闻》和Retraction Watch等出版物上。工作之余,他会写科幻小说或进行攀登运动。


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