NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜近距离观察神秘星球
这个艺术家的概念图描绘了行星GJ 1214 b，一个“迷你海王星”，可能有着潮湿、朦胧的大气层。一项基于NASA韦伯望远镜观测的新研究提供了对这类行星的深入了解，这是星系中最常见的行星。
影像来源：NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)
一个科学团队对“迷你海王星”的大气层有了新的了解，这是星系中常见的一类行星，但我们对它知之甚少。
NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜观测到太阳系外的一颗遥远的行星，这颗行星与太阳系内的任何行星都不同，揭示了一个可能具有高反射性和潮湿的大气层的世界。这是迄今为止对这个神秘世界最接近的观察，这个“迷你海王星”在以前的观测基本上无法穿透大气层。
虽然这颗名为GJ 1214 b的行星太热，无法容纳液态水海洋，但汽化的水仍可能是其大气的主要部分。
“这颗行星完全被某种薄雾或云层覆盖。”马里兰大学的研究员伊丽莎·肯普顿说，她是发表在《自然》杂志上的一篇关于这个星球的新论文的主要作者。“在这次观测之前，大气层一直对我们完全隐藏着。”她指出，如果这颗行星确实富含水，那么它可能是一个“水世界”，在它形成的时候有大量的水和冰物质。
为了穿透如此厚的屏障，研究团队冒险采用了一种新的方法：除了进行标准观察（捕捉穿过行星大气层的宿主恒星的光线），他们还跟踪了GJ 1214 b几乎整个围绕恒星的轨道。
这次观测显示了韦伯的中红外仪器（MIRI）的强大功能，它可以观察到人眼所能看到的电磁波谱之外的光的波长。利用MIRI，研究团队能够创建一种行星绕恒星运行时的“热图”。热图揭示了——就在行星轨道将其带到恒星后面之前，以及当它出现在另一边时——它的昼夜两面，揭示了大气层组成的细节。
“获得完整轨道的能力对于理解行星如何将热量从白天分布到夜晚非常重要。”肯普顿说。“白天和黑夜有很大的差别。夜面比昼面冷。”事实上，温度从535华氏度变为326华氏度（从279摄氏度变为165摄氏度）。
如此大的温度变化只有在由较重的分子组成的大气中才有可能发生，比如水或甲烷，在MIRI观察到的情况下，它们看起来很相似。肯普顿说，这意味着GJ 1214b的大气层主要不是由较轻的氢分子组成，这是了解这颗行星历史和形成的潜在重要线索，也许它的起源是水。
“这不是原始的大气层。”她说。“它并没有反映出它周围形成的主星的成分。相反，如果它是从富含氢的大气层开始的，它要么失去了大量的氢，要么是从更重的元素开始形成的——更冰冷、更富水的物质。”
比预期更冷
肯普顿指出，虽然以人类的标准来看，这颗行星很热，但它比预期的要冷得多。这是因为它异常闪亮的大气层让研究人员感到惊讶，它反射了来自母星的大部分光线，而不是吸收它并使其变得更热。
新的观察可能会打开一扇大门，让我们对笼罩在不确定性中的行星类型有更深入的了解。迷你海王星——或论文中称之为亚海王星——是星系中最常见的行星类型，但对我们来说很神秘，因为它们在我们的太阳系中没有出现。迄今为止的测量显示，它们大体上类似于我们自己的海王星的缩小版。除此之外，我们所知甚少。
“在过去的近十年里，我们对这颗行星唯一真正了解的是，它的大气层是阴天或朦胧的，”系外行星研究员罗布·泽勒姆(Rob Zellem)说，他与另一位系外行星研究员蒂芙尼·卡塔利亚(Tiffany Kataria)在美国宇航局南加州喷气推进实验室合作。“这篇论文对其他详细的气候解释有很酷的意义——看看这个星球大气中发生的详细物理现象。”
“在过去的近十年里，我们对这颗行星唯一真正了解的是大气层多云或朦胧，”系外行星研究员罗布·泽勒姆说，他与另一位系外行星研究员蒂芙尼·卡塔利亚在NASA南加州喷气推进实验室合作。“这篇论文对更多详细的气候解释有很酷的意义——看看这颗行星大气层内发生的详细物理现象。”
这项新工作表明，这颗行星可能是在离它的恒星（一种被称为红矮星的类型）更远的地方形成，然后逐渐向内旋转到它现在的近距离轨道。行星的一年（绕恒星公转一周）只需要1.6个地球日。
肯普顿说:“如果你发现一颗富含水的行星，最简单的解释就是它形成于离主星更远的地方。”
需要进一步的观测来确定GJ 1214b的更多细节，以及迷你海王星类其他行星的形成历史。虽然这颗行星可能存在含水的大气层，但也可能存在大量的甲烷成分。要想得出关于小海王星形成的更广泛的结论，需要对它们进行更多的深入观察。
肯普顿说：“通过观察像这样的天体，希望我们能建立一个一致的故事。”
关于任务的更多信息
詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的太空科学观测站。韦伯将解开我们太阳系中的谜团，展望其他恒星周围的遥远世界，探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。韦伯是由NASA及其合作伙伴欧洲航天局和加拿大航天局领导的一个国际项目。
MIRI是由NASA和ESA 50/50合作开发。NASA的喷气推进实验室领导了美国的MIRI项目，一个由欧洲天文研究所组成的跨国联盟也为欧洲航天局做出了贡献。亚利桑那大学的乔治·里克是MIRI科学团队的负责人。吉利恩·赖特是MIRI欧洲首席研究员。英国ATC的阿利斯泰尔·格拉斯是MIRI的仪器科学家，迈克尔·莱斯勒是JPL的美国项目科学家。英国ATC的拉兹洛·塔马斯管理欧洲联盟。MIRI制冷机的开发由喷气推进实验室领导和管理，与位于加利福尼亚州雷东多海滩的诺斯罗普·格鲁曼公司和位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心合作。加州理工学院为NASA管理喷气推进实验室。
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参考来源：
https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasa-s-webb-takes-closest-look-yet-at-mysterious-planet