天文学家利用韦伯望远镜探测双鱼座的蒸汽世界

一项由加拿大牵头的国际研究利用詹姆斯韦伯太空望远镜 (JWST) 对 GJ 9827 d 的大气层有了新的认识，GJ 9827 d 是一颗围绕双鱼座恒星 GJ 9827 运行的系外行星，距离地球约 98 光年。

研究发现，该行星的大气层含有高浓度的较重分子，包括大量的水蒸气，这使得天文学家认为它很可能是一个“蒸汽世界”。

该项研究发表在《天体物理学杂志快报》上，由蒙特利尔大学特罗蒂埃系外行星研究所 (IREx) 的博士生 Caroline Piaulet-Ghorayeb 领导，与世界各地的研究人员合作完成。

今年早些时候，IREx 研究人员利用哈勃太空望远镜 (HST) 的数据宣布，他们在 GJ 9827 d 的大气层中探测到了水，这使得它成为一颗已证实拥有大气层的最小系外行星，其大小约为地球的两倍。

总之，这些重大发现为寻找太阳系以外的生命开辟了新的途径，并增进了我们对行星形成和组成的理解。

至今仍未实现的目标

多年来，科学家一直致力于探测大型气态巨行星和迷你海王星的大气层——这些行星比地球大得多，大气层以氢为主，就像我们太阳系中的木星和海王星一样。

但到目前为止，探测更接近地球大小的较小行星周围的大气层仍然是一个难以实现的目标。

“目前，我们所探测到的所有拥有大气层的行星都是巨行星，或者充其量是迷你海王星，”该研究的主要作者皮奥莱特-戈拉耶布说。

“这些行星的大气层主要由氢组成，这使得它们更类似于太阳系中的气态巨行星，而不是地球这样的大气层以较重元素为主的类地行星。”

富含较重分子

GJ 9827 d 的与众不同之处在于它的大气成分。

通过结合 JWST/NIRISS 和 HST 数据，Piaulet-Ghorayeb 表明，与较大行星以氢为主的大气层不同，GJ 9827 d 富含较重的分子，并含有相当多的水蒸气。

这一发现标志着首次有力地探测到系外行星大气层中氢不是主要成分，而是更重、富含水的大气层。

Piaulet-Ghorayeb 表示： “它的分子量更接近我们目前在较小的岩石行星上寻找的二氧化碳或富氮大气层，我们最终会在那些行星上寻找生命。”

她和她的团队通过詹姆斯韦伯太空望远镜上的加拿大仪器近红外成像仪和无缝隙光谱仪 (NIRISS) 进行了观测。他们使用透射光谱法分析了行星在经过其主星 GJ 9827 时穿过大气层的星光。

然后，他们将新的 JWST 观测结果与之前的 HST 观测结果结合起来，自信地表明观测到的光谱特征是由行星的大气层引起的，而不是由系统恒星的污染引起的。

利用 JWST/NIRISS SOSS 的数据，科学家最终可以区分出该行星的两种大气层：一种是云状的，含有少量较重的元素，主要是氢，水仅以微量存在;另一种密度高，含有许多较重的元素和大量的水。

由于 GJ 9827 d 靠近其恒星，它的大气层很可能是气体和过热稠密状态的混合物，而不是具有明显的层或云层。

被认为不适合居住

虽然 GJ 9827 d 本身由于靠近其主星并因此导致表面温度较高(约 350°C)而被认为不适合居住，但这一发现对于寻找宜居环境而言是一次重大飞跃。

像 GJ 9827 d 这样的小行星上存在厚重、富含水的大气层，这证明此类大气层是存在的，并且可以用詹姆斯·韦伯太空望远镜的精度进行研究。

这最终使得找到类似地球的宜居行星的前景变得更加可信。

Piaulet-Ghorayeb 表示：“这是朝着寻找较小类地行星周围大气层的目标迈出的一大步。”

“GJ 9827 d是我们探测到的第一颗富含重分子大气层的行星，就像太阳系的类地行星一样，也是科学界长期以来提出的‘蒸汽世界’的第一个得到证实的例子。”

人们认为，这样的“蒸汽世界”拥有厚厚的、富含水的大气层，表面没有冰或液态水，而是由于靠近主星而保持着蒸汽大气层。它们就像冰卫星木卫二和木卫三，只是距离主星足够近，以至于水以蒸汽的形式出现在大气层中，而不是冰层之下。

天文学家希望，未来几个月 JWST 对 GJ 9827 d 进行的进一步观测可以进一步揭示其蒸汽大气的成分。