韦伯提出了迄今为止岩石系外行星大气层的最佳证据

研究人员使用NASA/ESA/CSA詹姆斯·韦伯太空望远镜可能探测到了55Cancrie周围的大气层，这是一颗距离地球41光年的岩石系外行星。这是迄今为止太阳系外存在岩石行星大气层的最佳证据。伯尔尼大学天体物理学教授、国家行星研究能力中心(NCCR)成员Brice-OlivierDemory是刚刚在《自然》杂志上发表这一成果的国际研究团队的成员。

55Cancrie是围绕巨蟹座类太阳恒星运行的五颗已知行星之一。这颗行星的直径几乎是地球的两倍，密度稍大，被归类为超级地球：比地球大，比海王星小，其成分与太阳系中的岩石行星相似。

伯尔尼大学空间与宜居中心CSH的Brice-OlivierDemory和NCCRPlanetS成员是该研究的合著者。他说：“巨蟹座55e是最神秘的系外行星之一。尽管在过去十年中，十几个地面和太空设施投入了大量的观测时间，但它的本质仍然难以捉摸，直到今天，部分谜题才得以揭开。”多亏了詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)，最终才得以组装起来”。

出乎意料的是，这些观测结果表明，一颗炎热且高度辐射的岩石行星有可能维持气态大气层，这对JWST能够描述绕类太阳恒星运行的较冷(可能适合居住)岩石行星的能力来说是个好兆头。

来自美国宇航局喷气推进实验室(JPL)的胡仁宇领导了这个团队。胡说：“JWST确实将系外行星表征的前沿推向了岩石系外行星。”“它真正实现了一种新型科学。”

伯尔尼太空望远镜CHEOPS取得重要发现

德莫里在麻省理工学院(MIT)时，是受到他的同事之一胡邀请参加该研究项目的。德莫里从职业生涯开始就一直在研究55Cancrie。“作为麻省理工学院的博士后，我领导发现了55Cancrie的第一次凌日，并于2016年我的团队发布了第一张岩石系外行星地图，即55Cancrie。”2016年的结果已经暗示55Cancrie周围可能存在大气层。

在当前的研究中，Demory对JWST数据集进行了独立分析。他解释说：“在过去的两年里，伯尔尼大学开发和建造的太空望远镜CHEOPS一直是解决天体物理学家对55Cancrie的几个问题的关键。JWST在红外波长上补充了这张图片，显示了超级地球55Cancrie可能被一种成分与一氧化碳或二氧化碳一致的大气所包围。”

超级热的超级地球，但仍然比预期凉爽

尽管55Cancrie的成分与太阳系中的岩石行星相似，但将其描述为“岩石”可能会留下错误的印象。这颗行星的轨道距离其恒星如此之近(与地球的365天相比，一个完整的轨道持续18小时)，以至于它的表面一定是熔化的——一片深邃的、冒泡的岩浆海洋。由于轨道如此紧密，这颗行星也可能被潮汐锁定，其白天面始终面向恒星，而夜晚面则永远处于黑暗中。胡解释说：“这颗行星太热了，一些熔岩应该会蒸发。”

尽管JWST无法捕捉到55Cancrie的直接图像，但它可以测量当行星绕恒星运行时系统发出的光线的微妙变化。该团队使用JWST的NIRCam(近红外相机)和MIRI(中红外仪器)来测量来自地球的红外光。

通过从行星位于恒星旁边时的亮度(来自恒星和行星的光的总和)减去次食期间的亮度(当行星位于恒星后面时(仅星光))，研究小组能够计算出同时来自地球白天的多个波长的红外光。

55Cancrie可能拥有大量大气层的第一个迹象来自于基于其热发射或以红外光形式释放的热能的温度测量。如果这颗行星被黑色熔岩覆盖，上面覆盖着一层薄薄的汽化岩石面纱，或者根本没有大气层，那么白天的温度应该在2200摄氏度左右。

“相反，MIRI数据显示温度相对较低，约为1500摄氏度，”胡说。“这是一个非常强烈的迹象，表明能量正在从白天分配到夜晚，很可能是通过富含挥发性的大气。”

虽然熔岩流可以将一些热量带到夜侧，但它们无法有效地移动热量来解释冷却效应。事实上，即使热量均匀地分布在地球各地，白天的温度看起来也比应有的温度低了几百度。如果表面发射的一些红外光被大气吸收并且永远不会到达望远镜，这是有道理的。

冒泡的岩浆海洋

研究小组认为覆盖55Cancrie的气体是从内部冒泡出来的。由于恒星的高温和强烈辐射，主要大气层早已消失。

这将是由岩浆海洋不断补充的次生大气。岩浆不仅仅是晶体和液态岩石，其中还含有大量溶解的气体。

虽然55Cancrie温度太高，不适合居住，但它可以为研究岩石行星的大气、表面和内部之间的相互作用提供一个独特的窗口，并可能提供对早期地球、金星和火星的深入了解，这些行星被认为具有很久以前就被岩浆海洋所覆盖。胡说：“最终，我们想了解什么条件使岩石行星能够维持富含气体的大气：这是宜居行星的关键成分。”