當(dāng)美國宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡于2021年發(fā)射升空時(shí)，它對(duì)天文學(xué)的最令人期待的貢獻(xiàn)之一就是對(duì)系外行星的研究。系外行星科學(xué)中最緊迫的問題之一是：繞著紅矮星運(yùn)行的小型巖石系外行星能否保持大氣層?

在《天體物理學(xué)雜志》上的四篇論文中，一組天文學(xué)家提出了一種使用韋伯確定巖石系外行星是否具有大氣的新方法。該技術(shù)涉及在行星經(jīng)過恒星之后再進(jìn)入視野時(shí)測量其溫度，其速度比傳統(tǒng)的大氣探測方法(如透射光譜法)要快得多。

芝加哥大學(xué)的雅各布·比恩(Jacob Bean)說：“我們發(fā)現(xiàn)，韋伯可以輕易推斷出十幾個(gè)已知的巖石系外行星周圍的大氣存在與否，每個(gè)行星的觀測時(shí)間不到10小時(shí)。”文件。

由于許多原因，天文學(xué)家對(duì)系外行星繞紅矮星的軌道特別感興趣。這些恒星比太陽更小，更冷，是我們銀河系中最常見的恒星。另外，由于一個(gè)紅色矮星很小，因此比它像我們的太陽那樣大時(shí)，通過它前面的一顆行星似乎會(huì)阻擋更大部分的恒星光。這使得繞過紅矮星的行星更容易通過這種“過境”技術(shù)被發(fā)現(xiàn)。

紅矮星產(chǎn)生的熱量也比我們的太陽少得多，因此要享受宜居的溫度，一顆行星的運(yùn)行軌道必須非常接近紅矮星。實(shí)際上，要處于宜居區(qū)域(即恒星周圍的液態(tài)水可能存在于行星表面的區(qū)域)中，行星的軌道必須比水星離太陽的軌道更近。結(jié)果，它將更頻繁地通過恒星，從而使重復(fù)觀測變得更加容易。

但是，如此靠近紅矮星運(yùn)行的行星卻處于惡劣的條件下。年輕的紅矮星非?；钴S，爆發(fā)出巨大的耀斑和等離子爆發(fā)。恒星還散發(fā)出強(qiáng)烈的帶電粒子風(fēng)。所有這些影響都可能沖走行星的大氣層，留下一塊裸露的巖石。

賓恩說：“大氣損失是對(duì)行星宜居性的第一大生存威脅。”系外行星接近紅矮星運(yùn)行的另一個(gè)關(guān)鍵特征是這項(xiàng)新技術(shù)的核心：預(yù)計(jì)它們會(huì)被潮汐鎖定，這意味著它們?cè)诎滋旌鸵雇矶加杏谰眯缘拇嬖?。結(jié)果，我們看到了行星在其軌道上不同點(diǎn)的不同相位。當(dāng)它穿過恒星的表面時(shí)，我們只能看到行星的夜色。但是，當(dāng)它即將越過恒星(一個(gè)稱為次蝕)的事件，或者剛剛從恒星后面出現(xiàn)時(shí)，我們可以觀察到白天。

如果巖石系外行星缺乏大氣，那么它的白天會(huì)非常熱，就像我們?cè)谠虑蚧蛩巧峡吹降哪菢?。但是，如果巖石系外行星有大氣層，那么預(yù)期該大氣層的存在會(huì)降低韋伯測量的日間溫度。它可以通過兩種方式做到這一點(diǎn)。濃厚的大氣層會(huì)通過風(fēng)將熱量從白天傳到夜晚。稀薄的大氣層仍然可以容納云層，這些云層會(huì)反射一部分入射的星光，從而降低行星白天的溫度。

麻省理工學(xué)院的丹尼爾·科爾(Daniel Koll)解釋說：“每當(dāng)增加氣氛時(shí)，都會(huì)降低白天的溫度。因此，如果我們看到的東西比裸露的巖石涼爽，我們就可以推斷這很可能是一種氣氛的跡象。” (MIT)，其中兩篇論文的主要作者。

Webb非常適合進(jìn)行這些測量，因?yàn)樗溺R面比其他望遠(yuǎn)鏡(例如，NASA的哈勃望遠(yuǎn)鏡或Spitzer空間望遠(yuǎn)鏡)大得多，這使它可以收集更多的光，并且可以瞄準(zhǔn)適當(dāng)?shù)募t外波長。

研究小組的計(jì)算表明，韋伯應(yīng)該能夠在一到兩個(gè)次月蝕中探測到行星大氣的熱信號(hào)，而觀測時(shí)間只有幾個(gè)小時(shí)。相比之下，通過光譜觀察來探測大氣通常需要對(duì)這些相同的行星進(jìn)行八次或更多次的轉(zhuǎn)換。

透射光譜法研究通過行星大氣層過濾的星光，但由于云或霧霾而受到干擾，這些干擾會(huì)掩蓋大氣層的分子特征。在那種情況下，光譜圖將基本上是平坦的，而不是由于分子而顯示出明顯的吸收線。

“在透射光譜學(xué)中，如果得到一條平線，它什么也沒告訴你。這條平線可能意味著宇宙中充滿了沒有大氣層的死行星，或者宇宙中充滿了具有大氣層的行星各種各樣的有趣的氣氛，但它們對(duì)我們來說都是一樣的，因?yàn)樗鼈兪顷幪臁?rdquo;馬里蘭大學(xué)的Eliza Kempton說，他是其中三篇論文的合著者。