天文學(xué)家利用美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST），對(duì)一顆罕見(jiàn)巨行星的大氣層進(jìn)行了近距離觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)這顆行星的溫度與地球驚人地相似。根據(jù)5月20日發(fā)表于《天文學(xué)雜志》的一項(xiàng)研究，這顆名為TOI-199b的行星大小與土星相當(dāng)，其大氣中含有甲烷。

藝術(shù)家筆下的氣態(tài)巨行星。圖片來(lái)源：NASA/JPL-Caltech

這一發(fā)現(xiàn)之所以引人注目，是因?yàn)榫扌行峭ǔＪ窃跇O端溫度下存在的。在太陽(yáng)系中，木星和土星非常寒冷，這是因?yàn)樗鼈兊能壍谰嚯x太陽(yáng)很遠(yuǎn)。而在太陽(yáng)系外發(fā)現(xiàn)的許多巨行星都是“熱木星”，它們距離母星非常近，表面溫度高達(dá)數(shù)千攝氏度。

TOI-199b介于兩者之間，是目前已知的為數(shù)不多的“溫帶”巨行星之一?！白?992年發(fā)現(xiàn)第一顆系外行星以來(lái)，天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)千顆系外行星，但‘溫帶’巨行星卻寥寥無(wú)幾。”研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)的胡仁宇（音）表示，這是科學(xué)家首次對(duì)一顆系外巨行星的大氣進(jìn)行如此詳細(xì)的研究。

這一發(fā)現(xiàn)有助于科學(xué)家改進(jìn)行星及其大氣層的形成與演化模型，并可能為了解地球大氣層提供新見(jiàn)解。“研究系外行星的一大好處是能夠?qū)υS多不同類型的行星進(jìn)行研究，尤其是那些在太陽(yáng)系中看不到的行星，從而了解行星系統(tǒng)是如何形成和演化的。”胡仁宇說(shuō)。

TOI-199b圍繞一顆距離地球330多光年的恒星運(yùn)行，大約每100天完成一次公轉(zhuǎn)。據(jù)估計(jì)，這顆行星的溫度約為79.4攝氏度。雖然按照日常標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，它仍然很熱，但比迄今研究過(guò)的大多數(shù)巨行星要冷得多。在地球上，陽(yáng)光直射下的汽車內(nèi)部很容易上升至類似的溫度。換言之，TOI-199b的溫度要遠(yuǎn)低于“熱木星”，同時(shí)也比太陽(yáng)系中的冰凍氣態(tài)巨行星要暖和得多，后者的溫度可以低至零下幾百攝氏度。

為研究TOI-199b的大氣層，研究人員采用了一種名為“透射光譜法”的技術(shù)。利用這種技術(shù)，當(dāng)行星從恒星前方經(jīng)過(guò)時(shí)，天文學(xué)家能夠通過(guò)望遠(yuǎn)鏡研究穿過(guò)行星大氣層的恒星光線。

JWST將恒星的光分解為不同波長(zhǎng)，類似于棱鏡將白光分解成彩虹的方式。“當(dāng)一顆行星從母星前方經(jīng)過(guò)時(shí)，部分恒星光線會(huì)穿過(guò)行星大氣層，并與大氣中的元素和分子發(fā)生相互作用?！闭撐牡谝蛔髡摺ASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）的Aaron Bello-Arufe說(shuō)，“特定元素會(huì)吸收特定波長(zhǎng)的光，從而在JWST探測(cè)到的光譜中形成一種‘指紋’，反映出大氣層的組成?！?/p>

研究人員首先進(jìn)行了約20個(gè)小時(shí)的連續(xù)觀測(cè)，以確定這顆恒星光線的基準(zhǔn)測(cè)量值。行星“凌星”現(xiàn)象持續(xù)了約7個(gè)小時(shí)，比“熱木星”“凌星”現(xiàn)象要長(zhǎng)得多，后者通常僅持續(xù)1小時(shí)或更短。隨后，研究人員將其間記錄的光譜與基準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。通過(guò)分析差異，他們確定了哪些波長(zhǎng)被行星大氣層吸收，從而識(shí)別出大氣中存在的氣體。

“我們發(fā)現(xiàn)大氣層阻擋了被甲烷吸收的星光波長(zhǎng)。”Bello-Arufe說(shuō)，“‘溫帶’氣態(tài)巨行星的成分模型曾預(yù)測(cè)它們含有甲烷，這也證實(shí)了我們的理論是正確的，令人很欣慰?！?/p>

除甲烷外，觀測(cè)結(jié)果還暗示了氨和二氧化碳的存在?！巴ㄟ^(guò)對(duì)這顆行星進(jìn)行更多觀測(cè)，我們可以確定其大氣中各種氣體的相對(duì)豐度。”胡仁宇說(shuō)。

胡仁宇表示，對(duì)“溫帶”巨行星“首次研究”取得的成功，讓他們有信心投入更多資源和觀測(cè)時(shí)間來(lái)研究其他類似的行星。“到時(shí)候我們就能判斷TOI-199b是獨(dú)一無(wú)二的，還是呈現(xiàn)了此類行星的共同特征。”（）

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.3847/1538-3881/ae4fba

（原標(biāo)題為《“韋布”發(fā)現(xiàn)溫度接近地球的罕見(jiàn)巨行星 為研究行星演化開(kāi)辟新窗口》）