任何未來的 21 世紀空間科學史學家都可能會將該學科劃分為兩個時代：詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）之前和之後。該望遠鏡的建造旨在透過研究第一批恆星和星系來改變我們對宇宙的理解，並且在執行不到一年的時間內，它已經從早期宇宙的觀測中交付了誘人且可能具有革命性意義的結果。然而，JWST 的工作有望改變天文學的許多其他子領域，其中最值得一提的無疑是對系外行星（即圍繞其他恆星執行的世界）的研究。天文學家現在知道存在超過 5,000 顆系外行星，但對其中大多數一無所知——它們的成分、環境條件，甚至生命前景。 JWST 正在開始改變這種狀況，這要歸功於其迄今為止無與倫比的直接觀測這些外星世界的能力，它可以分解它們的光線以辨別更精細的細節，有時甚至設法在宿主恆星壓倒性的光芒下拍攝到系外行星的照片。
儘管這些結果與尋找和研究潛在類地世界的星體生物學聖盃相去甚遠，但仍然非常令人興奮，因為 JWST 及其核心科學目標是在系外行星甚至被人們知曉之前構想出來的。“系外行星界目前非常興奮，”美國宇航局總部（位於華盛頓特區）天體物理學部門主任馬克·克萊平說道。
JWST 的首個科學年計劃從 2022 年 7 月到 2023 年 6 月。在被稱為週期 1 的這段時間裡，大約四分之一的望遠鏡時間被用於大約 75 個系外行星專案。 JWST 最令人興奮的應用之一是研究系外行星的大氣層。這架望遠鏡鍍金且寬度與成年非洲象相當，其紅外調諧主鏡使其能夠以前所未有的程度探測系外行星的大氣層。“使用哈勃 [太空望遠鏡]，我們進行了十年的探測水的工作，我們發現了大量的水，但僅此而已，”康奈爾大學的妮可·劉易斯說道。“那是唯一可以測量的東西。” JWST 也能看到水，以及更廣泛的分子陣列，包括二氧化碳、鈉等。 JWST 可以探測到的一些化合物，例如甲烷，與地球生物圈中的代謝過程密切相關，使其成為可能的生物特徵，可能有助於揭示太陽系以外其他潛在宜居世界上生命的存在。
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八月份，天文學家透露，他們使用 JWST 首次探測到系外行星上的二氧化碳，方法是觀察氣體巨行星宿主恆星的光線穿過該行星大氣層時，氣體跡象的變化。這種被稱為透射光譜學的技術不僅對於研究巨行星非常有用，而且對於研究可能更像我們太陽系岩石世界隨從的較小行星也很有用。“我們需要從‘好吧，它們有空氣嗎？’開始，”劉易斯說道。“一旦我們瞭解了這一點，我們就可以制定更好的尋找生物特徵氣體的策略。”
在本月早些時候在西雅圖舉行的第 241 屆美國天文學會（AAS）會議上，天文學家宣佈了 JWST 的另一項透射光譜學結果。這一次，望遠鏡研究了一個名為 LHS 475 b 的地球大小的世界，它圍繞一顆距離地球 41 光年的紅矮星執行。在這種情況下，JWST 實際上證實了這顆行星的存在，此前美國宇航局的凌日系外行星巡天衛星（TESS）曾暗示過它的存在。“我們透過使用 JWST 觀察它來證實它是一顆行星，”亞利桑那大學的莎拉·莫蘭說道，她是該結果的合作者。
JWST 觀測了這顆行星繞其恆星執行的兩個軌道，但在五月份預計進行的額外觀測將需要更好地解析該行星大氣層的內容。然而，到目前為止，該團隊“可以說明很多關於大氣層不像什麼的資訊，”莫蘭說道。“我們知道它不是像木星或土星那樣以氫為主。我們認為它可能沒有像地球那樣的大氣層。但它可能有一個像金星或火星那樣的二氧化碳大氣層，或者它可能根本沒有像水星那樣的大氣層。”這些結果可能有助於瞭解圍繞紅矮星的其他岩石行星，紅矮星約佔銀河系所有恆星的四分之三。“我們正處於嘗試測量岩石行星大氣層並試圖弄清楚行星是否可以居住的最初階段，”莫蘭說道。
在研究岩石行星方面，JWST 主要限於圍繞紅矮星執行的世界，紅矮星的光線足夠暗淡，可以避免望遠鏡極其靈敏的光學器件過載。眾所周知，此類恆星容易發生強烈的耀斑，可能會吹走像 LHS 475 b 這樣的世界的大氣層，與我們太陽系岩石世界中更廣泛的恆星-行星距離相比，LHS 475 b 的軌道非常靠近其宿主恆星。“它們的全部大氣層絕對有可能被它們的恆星吹走，”劉易斯說道。一個主要的紅矮星目標，TRAPPIST-1 系統，距離地球近 40 光年，包含七個地球大小的世界。其中幾個位於該恆星的宜居帶——恆星周圍的區域，其中足夠的行星變暖星光可能允許液態水存在。對 TRAPPIST-1 的早期觀測仍在進行中，包括尋找大氣層的觀測。這些結果可能在很大程度上揭示紅矮星世界是否真的可以居住。“希望我們能在週期 1 結束前知道，”劉易斯說道。
JWST 還配備了一個令人興奮的附加裝置，稱為日冕儀，這是一種阻擋恆星大部分光線的裝置，以便可以看到較暗的伴隨行星（這對於 JWST 的首張系外行星影像至關重要，研究人員去年九月公佈了該影像）。望遠鏡日冕儀的抑制星光能力不足以揭示任何小型、潛在宜居的世界，但最近的研究表明，日冕儀應該允許 JWST 看到小至木星或土星大小的世界，這些世界圍繞紅矮星執行，距離恆星的距離等於或超過地球-太陽距離的五倍（五個天文單位，或 AU）。這大致是我們太陽系中木星的位置。
該分析來自美國宇航局戈達德太空飛行中心的凱倫·勞森及其同事，他們在最近的 AAS 會議上首次展示了令人驚歎的紅外檢視，展示了一個蔓延的碎片盤，環繞著一顆距離地球約 32 光年的年輕恆星。“在過去，直接成像僅限於 10 個左右的木星質量，”勞森說道。“在這裡，我們對[單個]木星質量敏感。”這將使 JWST 能夠以以前不可能的方式尋找其他恆星周圍木星的粗略類似物。“我們希望，藉助 JWST，我們可以限制行星在該區域的存在，”勞森說道。這種直接成像的行星可以直接在其圍繞恆星執行的軌道中精確定位，從而提供“跟進並獲得大量真正令人難以置信的資料”的絕佳機會。
天文學家們對另一架望遠鏡，歐洲航天局（ESA）的蓋亞天文臺的系外行星探測能力也感到興奮。該望遠鏡於 2013 年發射升空，主要目的是繪製我們星系中數十億顆恆星的運動和位置圖，預計還將發現數千顆系外行星。在 AAS 會議上，英國埃克塞特大學的薩莎·欣克利（Sasha Hinkley）宣佈，他和他的團隊使用蓋亞和智利的甚大望遠鏡（VLT），看到了一個距離地球約 130 光年的不尋常行星，該行星似乎正在經歷核聚變。“它正在燃燒氘，”他說道，指的是一種氫同位素，它在比普通氫氣更低的溫度下實現為恆星提供動力的核聚變。欣克利表示，對該系統的進一步研究可能有助於天文學家在恆星、行星和棕矮星之間劃出更清晰的界限——後者是一個定義鬆散的天體類別，其質量介於行星和恆星之間。這顆距離 130 光年的行星，由於蓋亞觀測到其宿主恆星的運動因看不見的世界的引力牽引而產生的擺動而被發現，可能是該望遠鏡即將發現的眾多系外行星之一，其中一些也可能是 JWST 的有趣目標。
然而，儘管尋找類地世界在很大程度上超出了 JWST 的能力範圍，但它似乎註定要定義 JWST 的系外行星遺產。“這就是所有這項工作的最終方向，”欣克利說道，“這也是大多數人參與這項遊戲的原因。” 2026 年，一項名為 PLATO 的新 ESA 任務將發射，其主要目標是尋找此類世界。 PLATO 將凝視廣闊的天空，首次認真地搜尋距離太陽系約 1,000 光年內的類地世界，圍繞類太陽恆星執行。預計在該望遠鏡為期四年的主要任務期間，將發現數十顆此類行星，ESA 的任務專案科學家安娜·赫拉斯說道。“我們真的不知道[類地行星]的發生率是多少，”她說道。 PLATO 將在一定程度上告訴我們，在銀河系的這個角落裡有多少類地行星，如果有的話。
JWST 將無法密切研究這些世界。它的繼任者，南希·格蕾絲·羅曼太空望遠鏡，也定於 2027 年發射升空，也無法做到這一點。但羅曼將在實現其其他科學目標方面發揮關鍵作用：測試先進的日冕儀技術，這將是生成圍繞像我們太陽這樣的恆星執行的潛在宜居類地世界影像所必需的。該技術旨在隨後應用於 JWST 和羅曼的繼任者，新命名的宜居世界天文臺，該天文臺定於不早於 2030 年代後期發射，其任務是生成有史以來第一批潛在宜居地球的影像。加州大學天文臺主任布魯斯·麥金託什表示，為了實現這一目標，該望遠鏡在太空中的“穩定性必須比 JWST 高約 100 倍”。“這不是一個可以忽略的挑戰。”
通往這一最終結果的道路漫長。“我們正處於一段旅程的開始，”克萊平說道。但即使拋開任何關於聖盃的說法，JWST 變革性的早期系外行星結果仍然讓科學家們感到興奮。然而，最好的還在後頭。“人們需要耐心，”劉易斯說道。“第一個週期完全是關於採摘唾手可得的果實。在接下來的幾個週期中，我們將開始瘋狂起來。”