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詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現水蒸氣，但來自巖石行星或其恒星？

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詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現水蒸氣，但來自巖石行星或其恒星？


這張圖顯示了由韋伯觀測巖石系外行星GJ 486 b獲得的透射光譜 ?？茖W小組的分析顯示了水蒸氣的跡象；然而 ， 計算機模型顯示，該信號可能來自富含水的行星大氣層(用藍線表示)或來自紅矮星宿主星的恒星斑點(用黃線表示) 。這兩個模型在較短的紅外波長上有明顯的差異，這表明需要用其他韋伯儀器進行額外的觀測來限制水信號的來源 。鳴謝:美國航天局、歐空局、加空局、約瑟夫·奧姆斯特德
據美國宇航局：宇宙中最常見的恒星是紅矮星 ， 這意味著最有可能發現巖石系外行星圍繞這樣的恒星運行 。紅矮星很冷，所以一顆行星必須在一個緊密的軌道上擁抱它，以保持足夠的溫度來潛在地容納液態水(這意味著它位于可居住區) 。這些恒星也很活躍，特別是在它們年輕的時候，釋放出紫外線和X射線輻射，可以摧毀行星大氣層 。因此，天文學中一個重要的未決問題是，在如此惡劣的環境中，一顆巖石行星是否能夠維持或重建大氣 。
為了幫助回答這個問題 ， 天文學家使用美國宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡研究了一顆名為GJ 486 b的巖石系外行星 。它距離恒星太近，不在可居住區內，表面溫度約為800華氏度(430攝氏度) 。然而 ， 他們使用韋伯的近紅外光譜儀(NIRSpec)的觀察顯示了水蒸氣的跡象 。如果水蒸氣與這顆行星有關，這將表明它有一個大氣層，盡管它的溫度很高 ， 并且離它的恒星很近 。以前在氣態系外行星上也發現過水蒸氣，但是迄今為止還沒有在巖石系外行星周圍明確地探測到大氣 。然而，研究小組警告說，水蒸氣可能存在于恒星本身——特別是在涼爽的恒星斑點中——而根本不是來自行星 。
“我們看到了一個信號 ， 幾乎可以肯定這是由水引起的 。但我們還不能斷定那水是否是行星大氣層的一部分 ， 也就是說行星有大氣層，或者我們只是看到了來自恒星的水信號 ， ”該研究的主要作者，圖森市亞利桑那大學的薩拉·莫蘭說 。
“在一顆炎熱的巖石行星上，大氣中的水蒸氣將代表系外行星科學的一項重大突破 。但我們必須小心，確保這顆恒星不是罪魁禍首，”馬里蘭州勞雷爾約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室的凱文·史蒂文森補充說，他是該項目的首席研究員 。
GJ 486 b大約比地球大30% ， 質量是地球的三倍，這意味著它是一個重力比地球更強的巖石世界 。它繞一顆紅矮星運行不到1.5個地球日 。預計它將被潮汐鎖定，具有永久的白天側和永久的夜晚側 。

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現水蒸氣，但來自巖石行星或其恒星？


這個藝術家的概念代表了巖石系外行星GJ 486 b，它圍繞著一顆紅矮星運行，這顆紅矮星距離處女座只有26光年 。通過觀察GJ 486 b在其恒星前的過境，天文學家尋找大氣的跡象 。他們發現了水蒸氣的跡象 。然而，他們警告說，雖然這可能是行星大氣的跡象，但水可能在恒星本身——特別是在涼爽的恒星斑點中——而不是來自行星 。鳴謝:美國航天局、歐空局、加空局、約瑟夫·奧姆斯特德
GJ 486 b穿過它的恒星，從我們的角度看 ， 從恒星前面穿過 。如果它有大氣層，那么當它過境時，星光會穿過這些氣體，在光中留下指紋 ， 這使得天文學家可以通過一種叫做透射光譜學的技術來解碼它的組成 。
該小組觀察了兩次凌日，每次持續約一小時 。然后，他們使用三種不同的方法來分析結果數據 。這三個實驗的結果是一致的，它們顯示了一個幾乎平坦的光譜，在最短的紅外波長處有一個有趣的上升 。該小組運行了考慮許多不同分子的計算機模型，并得出結論 ， 信號最有可能的來源是水蒸氣 。
雖然水蒸氣可能表明GJ 486 b上存在大氣，但一個同樣合理的解釋是水蒸氣來自這顆恒星 。令人驚訝的是，即使在我們自己的太陽中，水蒸氣有時也可以存在于黑子中，因為這些黑子與恒星的周圍表面相比非常冷 。GJ 486 b的主星比太陽冷得多，因此更多的水蒸氣會聚集在它的星點內 。因此，它可以產生一個模擬行星大氣的信號 。
“在凌日期間，我們沒有觀察到這顆行星穿越任何星斑的證據 。但這并不意味著恒星的其他地方沒有斑點 。這正是將水信號印入數據的物理場景，最終可能看起來像行星大氣，”該研究的合著者之一，密歇根大學安娜堡分校的瑞安·麥克唐納解釋道 。
由于恒星的加熱和輻射，水蒸氣大氣會被逐漸侵蝕 。因此，如果大氣存在 ， 它可能會不斷地被火山從行星內部噴出的蒸汽補充 。如果水確實存在于該行星的大氣層中 ， 就需要額外的觀測來縮小水的存在量 。
未來韋伯的觀測可能會讓我們對這個系統有更多的了解 。即將到來的韋伯計劃將使用中紅外儀器(MIRI)來觀察行星的晝面 。如果行星沒有大氣層，或者只有稀薄的大氣層，那么白天最熱的部分預計就在恒星的正下方 。然而，如果最熱點發生轉移 ， 這將表明大氣可以循環熱量 。
最終，將需要通過另一臺韋伯儀器(近紅外成像儀和無縫攝譜儀(NIRISS))在更短的紅外波長上進行觀測，以區分行星大氣層和星點場景 。
史蒂文森說:“將多種儀器結合在一起 ， 將真正確定這顆行星是否有大氣層 ?！?br>這項研究被接受發表在《天體物理學雜志快報》上 。
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡是世界上首屈一指的太空科學天文臺 。韋伯將解開我們太陽系的謎團，探索其他恒星周圍的遙遠世界 ， 探索我們宇宙的神秘結構和起源以及我們在其中的位置 。Webb是由NASA及其合作伙伴ESA(歐洲航天局)和加拿大航天局領導的一項國際計劃 。
勞拉·貝茲馬里蘭州格林貝爾特美國宇航局戈達德太空飛行中心 。
克里斯汀·普廉姆馬里蘭州巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所 。