在五篇论文的一系列研究中，包括伦敦帝国理工学院研究人员在内的一个大型国际团队展示了詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)在研究系外行星方面的强大功能。

JWST提供的细节级别是革命性的。想到我们正处于JWST时代的黎明，这真是令人难以置信的兴奋。

詹姆斯·柯克博士

该望远镜被用于研究系外行星WASP-39b的大气，这是一颗围绕700光年外一颗恒星运行的气体巨行星。WASP-39b非常“臃肿”——它的半径比木星大一点，但质量不到木星的一半。这意味着有很多氛围供研究人员研究。

JWST于2021年圣诞节发射，用于红外天文学，是哈勃太空望远镜的继承者。它携带了几种类型的传感仪器，包括用于新研究的近红外光谱仪(NIRSpec)、近红外摄像机(NIRCam)和近红外成像仪和无缝隙光谱仪(NIRISS)。

对WASP-39b的测量是在这颗行星经过它的恒星前时进行的，星光穿过它的大气层，为仪器提供了许多关于大气化学组成和结构的细节。

大气的见解

2022年8月，有消息称，其中一台仪器在WASP-39b的大气中探测到二氧化碳，这是首次在系外行星的大气中探测到这种分子。通过一整套仪器获得的新数据还揭示了WASP-39b大气中首次检测到一氧化碳，以及在任何系外行星大气中首次检测到二氧化硫。

研究小组发现，二氧化硫是由光化学产生的——由星光催化的化学反应。这是第一次在系外行星上探测到光化学副产物。光化学是地球上生命的基础，从上层大气中臭氧的产生，到植物和藻类的光合作用，再到我们皮肤中维生素D的产生。

地球大气中二氧化硫的产生。图片来源:NASA/JPL-Caltech/Robert Hurt;哈佛和史密森尼天体物理学中心/梅丽莎·韦斯
用于识别这些新分子以及之前发现的水、钠和钾的过程，也让研究人员早期了解了元素丰度比，即比较两种元素的比例。

这些测量方法

来自望远镜仪器的光谱。更大的版本和更多信息可以在JWST网站上找到

该仪器的工作原理是测量恒星的亮度，因为行星从恒星前面经过时，恒星的亮度会随着时间的变化而变化。结果是在8小时内进行了大约21,500次测量。柯克博士的软件将这些亮度测量与行星模型相匹配，从而生成光谱，并揭示行星大气中存在的原子和分子。

通过这种方式，他是第一批得出地球大气成分结果的人之一。他说:“当我第一次看到这颗行星的光谱时，我被震撼了。我知道我们有一些了不起的东西，在频谱的结构水平和我们达到的精度方面。

“JWST提供的细节水平是革命性的。想到我们正处于JWST时代的曙光，这真是令人难以置信的兴奋。”

NIRSpec PRISM的数据清晰地检测到了钠、水、二氧化碳和一氧化碳，并暗示了二氧化硫的存在，这被另一个仪器证实了。

这些仪器测量光谱的不同方面，在边缘处有一些重叠，使研究人员能够检查它们产生的结果是否相同，这一点在这一套仪器中得到了证实。

柯克博士补充说:“这些研究表明，JWST工作得非常好，因此将极大地提高我们对气体巨星和潜在宜居系外行星大气的理解。”

顶部图片来源:Melissa Weiss/哈佛和史密森天体物理中心|

论文详细信息:

早期发布的系外行星WASP-39b与JWST NIRSpec G395H的科学(Alderson et al.)

早期发布的系外行星WASP-39b与JWST NIRSpec PRISM的科学(Rustamkulov et al.)

早期发布的系外行星WASP-39b与JWST NIRCam的科学(Ahrer et al.)

早期发布的系外行星WASP-39b与JWST NIRISS的科学(Feinstein et al.)

系外行星大气光化学的直接证据(Tsai等人)

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。