近日，天文學(xué)家使用詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST），首次探測(cè)到太陽系外一顆巖石行星富含二氧化碳或一氧化碳的大氣層。盡管該行星可能被巖漿海洋覆蓋，無法維持生命，但對(duì)其研究可增進(jìn)對(duì)地球早期歷史的了解。相關(guān)論文2024年5月8日發(fā)表于《自然》。

詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST），是美、歐、加聯(lián)合研發(fā)的主要通過紅外光觀測(cè)的空間望遠(yuǎn)鏡，歷時(shí)20多年，耗資超過100億美元。它是迄今為止最昂貴、建造的功能最強(qiáng)、最大的空間望遠(yuǎn)鏡。該望遠(yuǎn)鏡于2021年發(fā)射，旨在提供更高的紅外分辨率和靈敏度，以觀測(cè)更遠(yuǎn)的宇宙深處。

不過，55 Cancri e不是JWST發(fā)現(xiàn)的，它是20年前（2004年）在55 Cancri這顆恒星（2015 年被國際天文聯(lián)合會(huì)命名為哥白尼）周圍發(fā)現(xiàn)的第四顆行星，目前這顆恒星周圍已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了5顆行星（分別是b, c, d, e, f）。這些行星都是通過視向速度方法（即通過探測(cè)恒星與行星相互繞轉(zhuǎn)產(chǎn)生的視向速度變化）發(fā)現(xiàn)的。

后來2011年發(fā)現(xiàn)55 Cancri e的凌星現(xiàn)象，進(jìn)一步證實(shí)了這顆行星的存在。55 Cancri e圍繞著一顆類似太陽的恒星運(yùn)行，是一個(gè)超級(jí)地球，半徑約為地球的兩倍，重量是地球的8倍多，大氣層厚度約為地球半徑的百分之幾。

人類首次探測(cè)出太陽系外類地行星的大氣成分

JWST 的貢獻(xiàn)其實(shí)是發(fā)現(xiàn)這顆行星表面含有富含碳和氧元素的大氣層，意味著一個(gè)新的里程碑，這是人類首次探測(cè)出一顆太陽系外類地行星的大氣成分，而且確定其為“次生大氣”。

所謂“次生大氣”是相對(duì)于原始大氣來說的。行星的原始大氣是指行星形成初期通過引力在周圍吸附的大氣，主要是氫氣和氦氣（因?yàn)檫@兩種是宇宙中含量最多的）。但是氫氣和氦氣很輕，對(duì)于一般的巖石類地行星比如地球來說，它們的引力小，不足以完全束縛住這些輕氣體，所以這些原始的輕氣體會(huì)逐漸逃逸回宇宙空間中。

而次生大氣就是之后從行星內(nèi)部釋放出來的氣體，比如通過火山爆發(fā)。這些氣體主要含“重”一些的元素，比如碳、氧等。重氣體不容易逃逸而逐漸累積、保存在行星表面。我們地球上的大氣就是從次生大氣逐漸演化過來的。

這顆“超級(jí)地球”會(huì)是人類的下一個(gè)家園嗎？

目前的觀測(cè)技術(shù)還不能對(duì)這么小的行星直接成像看到它的外貌。不過，天文學(xué)家可以通過行星的性質(zhì)來推測(cè)想象它的樣子。

55 Cancri e 可以簡(jiǎn)單理解為放大版的地球，它與地球有相似之處，比如平均密度差不太多，都屬于巖石類行星，但是它的公轉(zhuǎn)周期只有0.74天，距離它的主星只有日地距離的六十分之一，因此這顆星被它的主星“烤”得非常熱，對(duì)著恒星的一面溫度超過3000度，表面都是熔融的巖漿，應(yīng)該不能像地球一樣孕育這么多生命。

未來隨著探測(cè)技術(shù)不斷發(fā)展，人類將能探測(cè)到更多類地行星的大氣。通過研究它們的大氣成分并與我們太陽系的行星對(duì)比，這樣將幫助我們更好地理解行星以及其大氣的形成和演化。

我們不能回到地球的早期去了解它的歷史，但是如果可以探測(cè)到很多不同年齡階段的類地行星大氣，那么我們就可以將它們作為鏡子，從中看到地球的過去甚至未來的樣子。

編輯：陳睿智

來源：科普中國

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