韦伯望远镜首次在系外行星发现二氧化碳

宇宙中的景色越来越美。

被拉伸的星光，膨胀的气态星云，以及无数颗耀眼的恒星，这一切正被詹姆斯·韦伯望远镜一一观测。

2022年7月11日凌晨，耗资100亿美元的韦伯望远镜发布了“上线”以来的第一张图像，带我们无限接近了可观测宇宙的开端，展示了130多亿年前的古老景象和许多我们之前未曾看到的宇宙星系。

新的惊喜也在不断涌现，8月24日，韦伯望远镜捕获了太阳系外行星WASP-39b大气中二氧化碳的第一个明确证据，这一发现目前被刊登在arXiv预印本服务器上，经同行评审之后，预计不久后将发表在《自然》杂志上。

被“轰炸”的年轻行星

WASP-39b是一颗围绕G型恒星运行的气态巨行星，距离地球约700光年，它的直径与木星相似，但与恒星之间的距离却比水星绕太阳运行的距离近的多，其向阳面温度最高可达760摄氏度，因此也被称为热木星。

该行星2011年首次由NASA在地面观测到，随后又被斯皮策望远镜追踪了几年，那个时候其实已经有数据表明WASP-39b的大气层存在水蒸气、钠和钾，但对于二氧化碳是否存在，当时并没有实际的证据。

韦伯望远镜观测系外行星的首个任务便落在WASP-39b上，在7月10日的八个多小时内，韦伯望远镜观察到这颗行星在围绕恒星表面移动，与此同时，星光穿越行星的大气层同时留下“身份信息”，各种分子通过吸收特定波长的光进行鉴定。

如果将星光散布至光谱上，可以发现来自恒星光的红外波长被系外行星上的某种气体大量吸收，而“凶手”正是二氧化碳。

从科学的角度来看，这无疑非常令人兴奋，因为这颗行星与木星相似，意味着它与其恒星具有相同的物质盘组成，且具有与该恒星相似的化学组成，这对于研究行星所在星系构成具有重要意义。

但其中“不科学之处”在于，行星上强烈的二氧化碳气息信号意味着它富含比构成恒星的氢、氦等元素更重的元素，例如碳和氧。

一个可能的猜想来源于地球诞生之初的那个时期，在早期行星刚形成的时候，极容易受到彗星、小行星等天体的狂轰滥炸，而这些彗星、小行星破碎后可能会释放出更重的元素，并且留在了行星之上。

研究中还发现了一个彩蛋：WASP-39b上含有的重元素与土星上的重元素数量几乎一样，这意味着土星在年轻时候可能也遭受过社会的“毒打”。

发现生命的基石

在行星大气中发现二氧化碳是探测地球以外生命的基石，混合着二氧化碳、甲烷以及水蒸气的大气，这可能是生命产生的温床。

不过天文学家并不期望WASP-39b上能承载生命，毕竟离它们的太阳太近了，甚至它们也不指望韦伯望远镜能在另一个行星上找到明确的生命迹象，因为这得需要一个比韦伯更先进的技术。

但使用韦伯望远镜检测二氧化碳也很有价值，可以为未来的发现奠定基础，因此在韦伯望远镜运行的短短一年时间内，它已经被委托观测76颗系外行星，而在未来，这一数量可能会有数百个。

在往后的岁月中，它将“凝视”气态巨行星的大气层以及与地球相似的小岩石世界，让我们继续等待它的惊喜。