韦伯望远镜展示其令人难以置信的力量：探测到遥远星球上的水

发表于 2年以前 | 总阅读数：653 次

凭借其270平方英尺（25平方米）的镜面、精确的光谱仪和敏感的探测器的综合力量，韦伯在一次观测中检测到了明确的水的特征、雾霾的迹象以及根据以前的观测认为不存在的云的证据。

通过使用韦伯的近红外成像仪和无缝隙光谱仪(NIRISS)制作的热气巨行星WASP-96 b的透射光谱，眼下都还只是韦伯令人兴奋的系外行星探索前景的一瞥。

韦伯揭示了遥远系外行星蒸汽大气层的精致细节

NASA的詹姆斯-韦伯太空望远镜已经捕捉到了围绕着一颗遥远的类太阳恒星运行的气态巨行星的大气层中明显的水的特征。另外，它还发现了云层和雾霾的证据。

这项观测是迄今为止最详细的观测，这显示了韦伯分析数百光年外大气层的惊人能力。另外，它根据精确颜色的光的亮度的微小下降揭示了特定气体分子的存在。

在过去的20年里，哈勃太空望远镜已经分析了许多系外行星的大气层并在2013年捕获了第一个明确的水的检测。然而韦伯的直接和更详细的观察标志着在寻求描述地球以外的潜在宜居行星方面的巨大飞跃。

WASP-96 b是银河系中5000多颗确认的系外行星之一。它位于约1150光年之外的南天星座“凤凰座”内，代表了一种在我们太阳系中没有直接类似物的气体巨行星。WASP-96 b的质量不到木星的一半，直径为木星的1.2倍，这比任何围绕我们太阳运行的行星都要膨大。并且它的温度超过1000华氏。WASP-96 b的轨道离它的类太阳恒星非常近，只有水星和太阳之间距离的九分之一，每3个半地球日完成一个循环。

大尺寸、短轨道周期、蓬松的大气层及缺乏来自天空中附近物体的污染光，这些因素的结合使得WASP-96 b成为大气观测的理想目标。

当地时间6月21日，韦伯的NIRISS测量了WASP-96系统的光线，时间为6.4小时。其结果是一条显示过境期间星光整体变暗的光曲线以及一个揭示0.6至2.8微米之间个别波长红外光亮度变化的透射光谱。

虽然光曲线证实了已经从其他观测中确定的行星的属性--行星的存在、大小和轨道--但透射光谱揭示了以前隐藏的大气层的细节：明确的水的特征、雾霾的迹象及根据以前的观测认为不存在的云的证据。

透射光谱是通过比较当行星在恒星上移动时通过行星大气层过滤的星光和当行星在恒星旁边时检测到的未过滤的星光而得出。研究人员能够根据吸收模式--图上峰值的位置和高度--来检测和测量行星大气中关键气体的丰度。就像人有独特的指纹和DNA序列一样，原子和分子也有它们所吸收的波长的特征模式。

NIRISS捕捉到的WASP-96 b的光谱不仅是迄今为止捕捉到的最详细的系外行星大气的近红外透射光谱，而且它还涵盖了一个非常广泛的波长范围--包括可见的红光和以前没有从其他望远镜中获得的一部分光谱（波长超过1.6微米）。这部分光谱对水以及其他关键分子如氧气、甲烷和二氧化碳特别敏感，这些分子在WASP-96 b的光谱中并不明显但在计划由韦伯观测的其他系外行星中应该可以检测到。

研究人员将能使用光谱来测量大气中的水蒸气量、限制各种元素如碳和氧的丰度并估计大气的温度与深度。然后，他们可以利用这些信息来推断这个星球的整体构成以及它是如何、何时、何地形成的。图中的蓝线是一个最佳拟合模型，它考虑到了数据、WASP-96 b及其恒星的已知属性及假定的大气层特征。

由于韦伯的最先进的设计，这些测量的特殊细节和清晰度是可能的。它270平方英尺的黄金涂层镜面有效地收集了红外光。它的精密光谱仪则将光线分散成成千上万种红外颜色的彩虹。其敏感红外探测器可以测量出极其微妙的亮度差异。NIRISS能够探测到仅为千分之一微米的色差及这些颜色之间几百分之一的亮度差异。

此外，韦伯的极端稳定性和它在拉格朗日2号点周围的轨道位置--大约远离地球大气层的污染影响100万英里--使得它可以不受干扰地观看并获得可以相对快速分析的干净数据。

这个特别详细的光谱--通过同时分析在观测过程中捕捉到的280个单独的光谱--仅仅提供了韦伯为系外行星研究准备的一个暗示。在未来的一年里，研究人员将利用光谱学来分析几十颗系外行星的表面和大气层，从小型岩质行星到富含气体和冰的巨行星。据悉，韦伯第一周期的观测时间有近四分之一被分配用于研究系外行星和形成它们的材料。

这次NIRISS观测表明，韦伯有能力对系外行星的大气层--包括那些潜在的宜居行星--进行精细的描述。