研究人员首次测量了次海王星行星大气层发出的光

十多年来，天文学家一直试图仔细观察GJ 1214b，这是一颗距离地球40光年的系外行星。他们最大的障碍是覆盖地球的一层厚厚的雾霾，使其免受太空望远镜探测的眼睛的影响，并阻碍了研究其大气层的努力。

美国宇航局的新詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)解决了这个问题。望远镜的红外技术使其能够看到以前被雾霾，云层或太空尘埃遮挡的行星物体和特征，帮助天文学家寻找可居住的行星和早期星系。

一组研究人员使用JWST通过测量GJ 1214b在绕其主星运行时散发的热量来观察它的大气层。他们的研究结果于10年2023月<>日发表在《自然》杂志上，代表了第一次有人直接探测到亚海王星系外行星发出的光，这是一类比地球大但比海王星小的行星。

虽然GJ 1214b太热而不适合居住，但研究人员发现它的大气中可能含有水蒸气 - 甚至可能含有大量水蒸气 - 并且主要由比氢重的分子组成。该研究的主要作者，马里兰大学天文学副教授Eliza Kempton表示，他们的发现标志着研究GJ 1214b等次海王星行星的转折点。

“十多年来，我一直在寻求了解GJ 1214b，”肯普顿说。“当我们收到这篇论文的数据时，我们可以看到来自这颗行星的光在它落后于其主星时消失了。这颗行星或同类行星中从未见过，因此JWST确实兑现了其承诺。

“新光”

次海王星是银河系中最常见的行星类型，尽管我们的太阳系中不存在。尽管GJ 1214b的大气层很模糊，但肯普顿和她的合著者认为这颗行星仍然是他们观察次海王星大气层的最佳机会，因为它的恒星明亮但很小。

在他们的论文中，研究人员测量了GJ 1214b在大约40小时内发出的红外光 - 行星绕恒星运行所需的时间。随着白天变成黑夜，从行星一侧转移到另一侧的热量在很大程度上取决于其大气层的组成。这种被称为相位曲线观测的研究方法为行星大气层打开了一扇新窗口。

“JWST在比以前的天文台更长的光波长下运行，这使我们能够获得行星发出的热量，并允许我们创建行星温度的地图，”肯普顿说。“我们终于以新的眼光看待GJ 1214b。

通过测量热量的运动和波动，研究人员确定GJ 1214b没有以氢为主的大气。

潜在的水世界?

GJ 1214b是否含有水的问题长期以来一直引起天文学家的兴趣。美国宇航局哈勃太空望远镜先前的观测表明，GJ 1214b可能是一个水世界 - 任何包含大量水的行星的松散术语。

最新的JWST数据揭示了水，甲烷或两者的混合物的痕迹。这些物质与JWST观察到的波长范围内看到的光的微妙吸收相匹配。需要进一步的研究来确定地球大气层的确切构成，但肯普顿说，证据仍然与大量水的可能性一致。

“根据我们的观察，GJ 1214b可能是一个水世界，”肯普顿说。“我们认为我们检测到水蒸气，但这具有挑战性，因为水蒸气吸收与甲烷吸收重叠，所以我们不能说100%我们检测到水蒸气而不是甲烷。然而，我们在地球的两个半球都看到了这一证据，这增强了我们对那里确实有水的信心。

反思调查结果

研究人员在他们的研究中发现了另一个令人惊讶的发现：GJ 1214b具有令人难以置信的反射性。这颗行星并不像预期的那样热，这告诉研究人员大气中的某些东西正在反射光。

肯普顿说，后续研究有很大的空间，包括仔细研究GJ 1214b大气中形成雾霾或可能是云层的高空气溶胶。以前，研究人员认为它可能是一种吸收光线的黑暗烟灰状物质。然而，系外行星是反射的发现提出了新的问题。

“无论什么构成雾霾或云层，都不是我们所期望的。它很明亮，很反光，这令人困惑和惊讶，“肯普顿说。“这将为我们指出许多进一步的研究，试图了解这些雾霾可能是什么。