天文學家表示，他們已使用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 (JWST) 首次探測到一顆岩石行星外圍的大氣層。儘管這顆行星可能無法支援我們所知的生命，部分原因是它可能被岩漿海洋覆蓋，但科學家們可能會從中瞭解一些關於地球早期歷史的資訊——地球也是一顆岩石行星，並且曾經是熔融狀態。
馬薩諸塞州劍橋市麻省理工學院的行星科學家薩拉·西格爾說，發現類地行星周圍的氣態包層是系外行星研究的一個重要里程碑，她沒有參與這項研究。地球稀薄的大氣層對於維持生命至關重要，能夠發現類似類地行星上的大氣層是尋找太陽系外生命的重要一步。
JWST 研究的這顆行星名為 55 Cancri e，圍繞著一顆距離 12.6 秒差距的類太陽恆星執行，被認為是超級地球，一顆比地球稍大的類地行星——在本例中，半徑約為地球的兩倍，重量是地球的八倍多。根據今天發表在《自然》雜誌上的一篇論文，它的大氣層可能富含二氧化碳或一氧化碳，厚度“高達行星半徑的百分之幾”。
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一顆神秘的行星
55 Cancri e 不適宜居住的另一個原因是它非常靠近其恆星——大約是地球到太陽距離的六十五分之一。然而，“它可能是研究最多的岩石行星”，加利福尼亞州帕薩迪納市噴氣推進實驗室 (JPL) 的天體物理學家、該論文的合著者亞倫·貝洛-阿魯費說。它的主星在我們夜空中很明亮，而且由於它對於一顆岩石行星來說很大，因此比太陽系外的其他行星更容易研究。“你可以想到的每架天文望遠鏡或儀器都曾在某個時候指向過這顆行星，”貝洛-阿魯費說。
55 Cancri e 得到了如此充分的研究，以至於在 JWST 於 2021 年 12 月發射後，工程師們將該天文臺的紅外光譜儀指向它進行測試。這些儀器可以探測到行星周圍氣體吸收星光中的紅外波長時留下的化學指紋。貝洛-阿魯費和他的同事隨後決定深入挖掘，以確認這顆行星是否擁有大氣層。
在最新的觀測之前，天文學家對 55 Cancri e 的看法多次改變。這顆行星於 2004 年被發現。起初，研究人員認為它可能是類似於木星的氣態巨行星的核心。但在 2011 年，斯皮策太空望遠鏡觀測到這顆行星在其恆星前方經過，研究人員發現 55 Cancri e 實際上比氣態巨行星小得多且密度大得多，使其成為一顆岩石超級地球。
幾年後，研究人員注意到 55 Cancri e 比一顆如此靠近其恆星的行星應該有的溫度更低，這表明它可能擁有大氣層。一種假設是 這顆行星是一個被超臨界水分子包圍的“水世界”；另一種假設是它被主要由氫氣和氦氣組成的廣闊的原始大氣層包圍。但這些想法最終都被證偽了。
JPL 的行星科學家、最新研究的合著者任宇胡說，一顆如此靠近其恆星的行星會受到恆星風的轟擊，並且很難 удерживать 大氣層中的揮發性分子。他說，剩下兩種可能性。第一種可能性是這顆行星完全乾燥，只有超薄的汽化岩石大氣層。第二種可能性是它擁有由不易逸出的較重揮發性分子組成的稠密大氣層。
更清晰的圖景
最新資料表明，55 Cancri e 的大氣層包含碳基氣體，這指向了第二種選擇。西格爾說，該團隊收集到了大氣層的真實證據，但還需要更多觀測來確定其完整成分、存在的各種氣體的相對數量及其精確厚度。
加利福尼亞州斯坦福大學的行星地質學家勞拉·謝弗對了解 55 Cancri e 的大氣層如何與其行星表面下的物質相互作用感興趣。該研究的作者表示，大氣層仍然有可能受到恆星風的侵蝕，但氣體可能會透過岩漿海洋中岩石的融化和釋氣得到補充。
“地球可能經歷過至少一個岩漿海洋階段，甚至可能經歷過幾個，”謝弗說。“擁有岩漿海洋的實際現例項子可以幫助我們瞭解太陽系的早期歷史。”
本文經許可轉載，並於 2024 年 5 月 8 日首次發表。