一項由加拿大領(lǐng)導(dǎo)的國際研究利用詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)，揭示了對雙魚座GJ 9827 d的大氣層的新見解。GJ 9827 d是一顆圍繞恒星GJ 9827運行的系外行星，距離地球約98光年。

研究發(fā)現(xiàn)，這顆行星的大氣中含有高濃度的較重分子，包括大量的水蒸氣，這使得天文學(xué)家認(rèn)為它很可能是一個“蒸汽世界”。

這項研究發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志快報》上，由蒙特卡羅大學(xué)特羅蒂爾系外行星研究所(IREx)的博士候選人卡羅琳·皮奧萊特-戈拉耶布領(lǐng)導(dǎo)，與世界各地的研究人員合作。

今年早些時候，利用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡(HST)的數(shù)據(jù)，IREx的研究人員宣布，他們在GJ 9827 d的大氣中發(fā)現(xiàn)了水，這使得它成為最小的有大氣層的系外行星，大約是地球的兩倍大。

總之，這些重要的發(fā)現(xiàn)為尋找太陽系外的生命開辟了新的途徑，增強了我們對行星形成和組成的理解。

一個難以捉摸的目標(biāo)——直到現(xiàn)在

多年來，科學(xué)家們一直專注于探測大型氣態(tài)巨行星和迷你海王星上的大氣，這些行星比地球大得多，其大氣主要由氫組成，就像我們太陽系中的木星和海王星一樣。

但到目前為止，探測更小、更接近地球大小的行星周圍的大氣層仍然是一個難以實現(xiàn)的目標(biāo)。

目前，我們發(fā)現(xiàn)的所有有大氣層的行星都是巨型行星，或者充其量是迷你海王星，”該研究的主要作者Piaulet-Ghorayeb說。

“這些行星的大氣層主要由氫組成，這使得它們更像太陽系中的氣態(tài)巨行星，而不是像地球這樣的類地行星，后者的大氣層主要由較重的元素組成?！?/p>

富含較重的分子

使GJ 9827 d與眾不同的是它的大氣成分。

通過結(jié)合JWST/NIRISS和HST的數(shù)據(jù)，Piaulet-Ghorayeb表明，與較大行星的氫為主的大氣不同，GJ 9827 d富含較重的分子，并含有相當(dāng)多的水蒸氣。

這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著首次強有力地探測到一顆系外行星的大氣層，其中氫不是主要成分，而是更重、富含水的大氣層。

Piaulet-Ghorayeb說:“它的分子量更接近于我們目前在較小的巖石行星上尋找的富含二氧化碳或氮的大氣，我們最終會在那里尋找生命?！?/p>

她和她的團隊通過JWST上的加拿大儀器近紅外成像儀和無縫隙光譜儀(NIRISS)進行了觀察。利用透射光譜學(xué)，他們分析了這顆行星在凌日(從它的主星gj9827前面經(jīng)過)時穿過大氣層的星光。

然后，他們將新的JWST觀測結(jié)果與之前的HST觀測結(jié)果結(jié)合起來，自信地表明，觀測到的光譜特征是由行星的大氣引起的，而不是由系統(tǒng)恒星的污染引起的。

根據(jù)JWST/NIRISS SOSS的數(shù)據(jù)，科學(xué)家們終于可以區(qū)分出這顆行星的兩種大氣層:一種是云狀的，幾乎沒有重元素，主要是氫，水只存在微量;另一個密度很高，有很多重元素和很多水。

因為GJ 9827 d離它的恒星很近，它的大氣層很可能是氣體和過熱稠密狀態(tài)的混合物，而不是有明顯的層或云。

不適合居住

雖然GJ 9827 d本身被認(rèn)為不適合居住，因為它靠近它的主恒星，導(dǎo)致表面溫度很高(約350°C)，但這一發(fā)現(xiàn)是尋找宜居環(huán)境的重大飛躍。

在像GJ 9827 d這樣的小行星上存在重質(zhì)、富含水的大氣層，這證明了這樣的大氣層是存在的，并且可以用JWST的精度進行研究。

這使得最終發(fā)現(xiàn)可居住的類地行星的前景變得更加可信。

Piaulet-Ghorayeb說:“這是朝著尋找較小的類地行星周圍大氣的目標(biāo)邁出的一大步。”

“GJ 9827 d是我們探測到的第一顆富含重分子大氣層的行星，就像太陽系的類地行星一樣，也是科學(xué)界長期以來第一個證實存在‘蒸汽世界’的例子。”

這樣的“蒸汽世界”被認(rèn)為有厚厚的、富含水的大氣層，表面沒有冰或液態(tài)水，而是由于靠近它們的主星而保持著蒸汽大氣層。它們就像冰冷的衛(wèi)星木衛(wèi)二和木衛(wèi)三，只是距離它們的恒星足夠近，以至于水在大氣中以蒸汽的形式出現(xiàn)，而不是在冰層下。

天文學(xué)家們希望，未來幾個月JWST對GJ 9827 d的進一步觀測計劃能讓我們對其蒸汽大氣的組成有更多的了解。