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“韦布”首次发现系外行星化学反应 为八大行星外科学家最了解的天体

“韦布”首次发现系外行星化学反应 为八大行星外科学家最了解的天体

《中国科学报》 (2022-11-24 第2版 国际) 2022-11-24 09:29:02 阅读量:99

系外行星WASP-39b(构想图)的组成与土星相似。图片来源:Science Photo Library/Alamy

詹姆斯·韦布太空望远镜(JWST)如今提供了迄今为止最详细的系外行星信息,从而使后者成为除太阳系八大行星外,科学家最了解的天体。在这颗名为WASP-39b的行星大气中,有一种有趣的化学反应,形成了斑块状的云,并为这颗行星的形成提供了线索。相关观测结果以5篇论文的形式于11月22日发表在预印本网站arXiv上。

观测团队成员、德国马克斯·普朗克天文研究所(MPIA)负责人Laura Kreidberg表示:“我们以前研究过很多行星,但从未见过这样的数据集。”

WASP-39b是一颗“热木星”,距离地球约700光年,质量约为木星的1/3,成分与土星更相似。它围绕主星运行的时间仅为4个地球日,与后者的距离是水星与太阳距离的1/8,温度高达900℃。

Kreidberg表示,这颗行星虽不适合生命居住,但却成为JWST早期观测并测试其系外行星观测能力的“完美目标”。

JWST于2021年12月发射,并在今年7月观测WASP-39b达40多个小时。初步研究结果显示,这颗行星的大气中有二氧化碳,这是首次在系外行星上发现二氧化碳。

JWST利用载荷仪器,观察到从这颗行星的母星发出的穿过WASP-39b大气层的光,这一过程被称为透射光谱。这使得研究人员能够在这颗行星的大气中探测到除了二氧化碳之外的水、一氧化碳、钠、钾等物质。

研究人员还惊讶地发现了二氧化硫。它的存在表明,当来自恒星的光照射到WASP-39b的大气中时,大气中正在发生光化学反应,类似于太阳在地球大气中产生臭氧的过程。以WASP-39b为例,来自其比太阳略小的恒星的光将其大气中的水分解为氢离子和氢氧根离子,后者与硫化氢反应生成二氧化硫。

观测结果还显示,WASP-39b上的碳氧比相对较低。观测团队成员、英国华威大学天文学家Eva-Maria Ahrer认为,WASP-39b之前可能在不同位置以冰的形式吸收了大量的水,这表明它在该星系的更远处形成,可能与木星所在的位置类似。

“热木星”的迁移可以解释它与恒星的接近。但目前尚不清楚,这是一个可能持续数千万年的缓慢过程,还是另一颗行星或恒星的引力导致的更快过程。了解WASP-39b的组成可以帮助天文学家确定是哪种情况。

观测还显示,这颗行星的云层覆盖不完整,这是天文学家以前从未在系外行星上观测到的。这颗行星被潮汐与母星锁定,由于巨大的引力,同一面总是朝向后者。

观测小组联合负责人、美国芝加哥大学天文学家Jacob Bean指出,在昼夜的边界,WASP-39b只有大约60%被云覆盖,这可能是由于云在较热的白天蒸发、在较冷的夜晚凝结造成的。

据悉,JWST在科学研究的第一年观测了大约70颗系外行星,对WASP-39b的科学研究将持续到明年6月。WASP-39b为系外行星研究提供了一个“基准”,其中包括TRAPPIST-1系统中的行星。在该系统中,一颗小红矮星被7颗地球大小的行星环绕,通过透射光谱学可能发现其中一些行星适合居住。

今年12月,JWST将观测一颗名为WASP-43b的行星围绕母星运行的整个过程,这将持续一个地球日,并会揭示该行星气候和化学方面前所未有的细节。(辛雨)

相关论文信息:

https://doi.org/10.48550/arXiv.2211.10487

https://doi.org/10.48550/arXiv.2211.10488

https://doi.org/10.48550/arXiv.2211.10489

https://doi.org/10.48550/arXiv.2211.10490

https://doi.org/10.48550/arXiv.2211.10493

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