NASA的哈勃望远镜和斯皮策望远镜发现，两颗系外行星主要成分可能是水
由蒙特利尔大学的研究人员领导的一个团队发现了证据，表明围绕一颗红矮星运行的两颗系外行星是“水世界”，水在整个行星中占了很大一部分。这些行星位于天琴座218光年外的一个行星系中，不同于我们太阳系中发现的任何行星。
NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜揭示了前所未见的系外行星大气
NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜刚刚取得了另一个第一：一个遥远世界天空的分子和化学概况。 尽管韦伯和其他太空望远镜，包括NASA的哈勃望远镜和斯皮策望远镜，此前已经揭示了这颗炙烤星球大气层的孤立成分，但韦伯的新读数提供了一整套数据，包括原子、分子，甚至还有活跃化学和云层的迹象。 最新的数据也暗示了这些云层在近距离观察时的样子：:它们是分散的，而不是单一的、统一的覆盖在行星上。 该望远镜的高灵敏度仪器阵列对准了WASP-39 b的大气层，这是一颗 “热土星”（质量与土星差不多，但轨道比水星更紧），围绕一颗距离地球大约700光年远的恒星运行。 这些发现预示着韦布的仪器将有能力对科学界所希望的所有类型的系外行星（围绕其他恒星公转的行星）进行广泛的研究。这包括探测TRAPPIST-1系统中较小的岩质行星的大气层。 “我们用多台仪器观测了这颗系外行星，这些仪器一起提供了在[这次任务]之前无法获得的广泛的红外光谱和一整套化学指纹。”加州大学圣克鲁斯分校的天文学家娜塔莉·巴塔哈说。“像这样的数据会改变游戏规则。” 这一系列的发现详细记载在五篇新的科学论文中，其中三篇已经出版，两篇正在评审中。在这些前所未有的发现中，有一项是首次在系外行星大气中检测到二氧化硫（SO2）， SO2是一种由来自行星母星的高能光引发的化学反应产生的分子。在地球上，上层大气中具有保护作用的臭氧层也是以类似的方式形成。 “这是我们第一次在系外行星上看到光化学的具体证据——由高能恒星光引发的化学反应，”英国牛津大学研究员、解释WASP-39b大气中二氧化硫来源的论文的主要作者尚敏·蔡说。“我认为这是一个非常有希望的前景，可以通过[这个任务]推进我们对系外行星大气的理解。” 这又带来了另一个第一次：科学家将光化学的计算机模型应用于需要充分解释这种物理现象的数据。由此产生的建模改进将有助于建立技术诀窍，以解释未来潜在的宜居迹象。 “行星在主恒星的辐射浴中运行，从而被塑造和改造。”巴塔哈说。“在地球上，这些转变使生命得以繁衍。” 这颗行星与其主星的距离比水星到我们太阳的距离近8倍，这也使其成为研究主星辐射对系外行星影响的实验室。更好地了解恒星与行星之间的联系，将有助于更深入地了解这些过程如何影响星系中观测到的行星的多样性。 为了观察WASP-39 b发出的光，韦伯跟踪了这颗行星从其恒星前面经过的过程，让恒星的一些光穿透行星的大气层。大气中不同类型的化学物质会吸收不同颜色的星光光谱，所以缺少的颜色可以告诉天文学家存在哪些分子。通过在红外光下观察宇宙，韦伯可以提取在可见光中无法检测到的化学指纹。 韦伯望远镜探测到的其他大气成分包括钠（Na）、钾（K）和水蒸气（H2O），证实了之前的太空和地面望远镜观测结果，并发现了以前从未见过的更长波长的水指纹。 韦伯还以更高的分辨率观测到了二氧化碳（CO2），提供的数据是之前观测报告的两倍。同时，韦伯数据中检测到了一氧化碳（CO），但韦伯数据中没有甲烷（CH4）和硫化氢（H2S）的明显特征。如果存在的话，这些分子的含量也非常低。 为了捕捉WASP-39b大气的这一广阔光谱，一个数百人的国际团队独立分析了韦伯望远镜四种精确校准仪器模式的数据。 NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜揭示了热气体巨型系外行星WASP-39b的大气成分。该图显示了韦伯的三台仪器在四种仪器模式下的四个透射光谱。在左上方，NIRISS的数据显示了钾（K）、水（H2O）和一氧化碳（CO）的指纹。在右上方，NIRCam的数据显示了一个明显的水信号。在左下方，NIRSpec的数据显示水、二氧化硫（SO2）、二氧化碳（CO2）和一氧化碳（CO）。在右下方，额外的NIRSpec数据显示了所有这些分子以及钠（Na）。 影像来源：NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI) 英国布里斯托大学研究系外行星大气的天体物理学家汉娜·韦克福德说：“我们已经预测了（望远镜）将向我们展示什么，但它比我实际认为的更精确、更多样、更美丽。” 在系外行星的大气中拥有如此完整的化学成分表，也让科学家得以了解不同元素之间的丰度关系，如碳氧比或钾氧比。这反过来又为我们提供了洞察这颗行星——或许还有其他行星——是如何在其年轻时期从环绕母星的气体和尘埃盘中形成。 WASP-39b的化学物质清单表明，一段被称为星子的较小天体相互碰撞和合并的历史，最终形成了一个巨大的行星。 “硫（相对于氢）的丰度表明，这颗行星可能经历了大量的星子吸积，这些星子可以将这些成分输送到大气中。”加州大学圣克鲁斯分校研究韦伯数据的系外行星研究员大野一正表示。“数据还表明，大气中的氧比碳丰富得多。这可能表明WASP-39b最初形成于远离中心恒星的地方。” 通过如此精确地解析系外行星的大气层，韦伯望远镜的仪器表现远远超出了科学家的预期，并预示着在星系中各种系外行星的探索进入了一个新阶段。 “我们将能够看到系外行星大气的全貌。”康奈尔大学研究员、国际团队成员劳拉·弗拉格说。“知道一切都将被改写，这是令人难以置信的兴奋。这是成为科学家的最大好处之一。” 詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的太空科学天文台。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 ESA和CSA领导的一项国际计划。 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/goddard/2022/nasa-s-webb-reveals-an-exoplanet-atmosphere-as-never-seen-before
詹姆斯·韦伯太空望远镜第一批全彩图像可听化合集
1、Webb’s Cosmic Cliffs Sonification 2、Webb’s Cosmic Cliffs Sonification: Sky 3、Webb’s Cosmic Cliffs Sonification: Mountains 4、Webb’s Cosmic Cliffs Sonification: Stars 5、Webb’s Southern Ring Nebula Sonification 6、Webb’s Southern Ring Nebula Sonification: Near-Infrared 7、Webb’s Southern Ring Nebula Sonification: Mid-Infrared 8、Webb’s Exoplanet WASP-96 b Sonification
詹姆斯·韦伯太空望远镜的第一批全彩图像，数据被转化为声音
有一种全新的、沉浸式的方式，可以通过声音探索NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜的首批全色红外图像和数据。听众可以进入船底座星云中宇宙悬崖的复杂声景，探索描绘南环星云的两幅图像的对比色调，并识别热气巨行星WASP-96 b透射光谱中的各个数据点。“音乐进入了我们的情感中心。”多伦多大学的音乐家和物理学教授马特·拉索说。“我们的目标是通过声音让韦伯的图像和数据易于理解——帮助听众创建自己的心理图像。” 一个由科学家、音乐家和盲人和视障人士组成的团队，在韦伯任务和NASA学习宇宙的支持下，致力于调整韦伯的数据。 韦伯的宇宙悬崖可听化 影像来源：图片：NASA、ESA、CSA 和 STScI； 无障碍制作：NASA、ESA、CSA、STScI 和 Kimberly Arcand (CXC/SAO)、Matt Russo 和 Andrew Santaguida（系统声音）、Quyen Hart (STScI)、Claire Blome (STScI) 和 Christine Malec（顾问）。 NASA韦伯望远镜拍摄的船底星云宇宙悬崖的近红外图像，已被映射为一段交响乐般的声音。音乐家们为星云中半透明、薄雾状的区域和非常密集的气体和尘埃区域分配了独特的音符，最终形成了嗡嗡声的音景。 可听化处理从左到右扫描图像。音轨充满活力，内容丰富，代表了这个巨大的气态空洞中的细节，看起来像一座山脉。图像上半部分的气体和尘埃以蓝色色调和有风的、类似无人机的声音表示。图像的下半部分以橙红色和红色的阴影表示，构图更清晰、旋律更优美。 图像中的光线越亮，声音越大。光的垂直位置也决定了声音的频率。例如，图像顶部附近的明亮灯光听起来声音大而高，但靠近图像中间位置的强光则声音大而音调低。图像中出现在较低位置的较暗、被尘埃遮蔽的区域，用较低的频率和更清晰、不失真的音符来表示。 韦伯的南环星云可听化 影像来源：图片：NASA、ESA、CSA 和 STScI； 无障碍制作：NASA、ESA、CSA、STScI 和 Kimberly Arcand (CXC/SAO)、Matt Russo 和 Andrew Santaguida（系统声音）、Quyen Hart (STScI)、Claire Blome (STScI) 和 Christine Malec（顾问）。 美国宇航局的韦伯望远镜捕获了南环星云近红外光（左）和中红外光（右）的两幅图像————每幅图像都经过了声音处理。 在这个可听化处理中，图像中的颜色被映射到声音的音调——光的频率被直接转换成声音的频率。近红外光由轨道开始处的较高频率范围表示。中途，音符发生变化，整体变得较低，以反映中红外包含更长波长的光。 仔细听15秒和44秒。这些音符与近红外和中红外图像的中心对齐，恒星出现在“动作”中心的位置。在轨道开始的近红外图像中，只有一颗恒星清晰可见，声音更大。在音轨的后半部分，听众会在高音之前听到一个低音，这表示在中红外光中检测到两颗恒星。较低的音符代表形成这个星云较红的恒星，第二个音符代表看起来更亮更大的恒星。 韦伯的系外行星WASP-96b可听化 影像来源：图片：NASA、ESA、CSA 和 STScI； 无障碍制作：NASA、ESA、CSA、STScI 和 Kimberly Arcand (CXC/SAO)、Matt Russo 和 Andrew Santaguida（系统声音）、Quyen Hart (STScI)、Claire Blome (STScI) 和 Christine Malec（顾问）。 NASA的韦伯望远镜观测到了热气体巨系外行星WASP-96 b的大气特征——其中包含水的清晰特征——由此产生的透射光谱的各个数据点被转化为声音。 可听化从左到右扫描光谱。从下到上，Y轴的范围表示遮挡的光从少到多。X轴的范围从左侧的0.6微米到右侧的2.8微米。每个数据点的音高对应于每个点所代表的光的频率。波长越长，光的频率越低，则听到较低的音调。体积表示在每个数据点中检测到的光量。 四个水特征由水滴落下的声音表示。这些声音简化了数据——水被辨别为具有多个数据点的特征。声音仅与数据中的最高点一致。 这些音轨首先支持盲人和低视力的听众，但其设计旨在吸引任何收听者。“这些合成声音提供了一种不同的方式来体验韦伯第一批数据中的详细信息。类似于书面描述是视觉图像的独特翻译，可听化处理也通过将颜色、亮度、恒星位置或水吸收特征等信息编码为声音来翻译视觉图像，”位于马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所的高级教育和外联科学家昆恩·哈特说。“我们的团队致力于确保所有人都能接触到天文学。” 该项目与“路缘坡效应”类似，这是一项支持各种行人的无障碍要求。马萨诸塞州剑桥钱德拉X射线中心的可视化科学家金伯利·阿坎德解释说：“当削减路障时，首先使用轮椅的人会受益，同时拄着拐杖走路的人和推着婴儿车的父母也会受益。”阿尔坎德领导了NASA最初的数据可听化项目，现在代表NASA的“学习宇宙”从事这项工作。“我们希望这些可听化能够影响到同样广泛的观众。” 阿尔坎德领导的一项调查的初步结果显示，失明或视力低下的人，以及有视力的人都报告说，他们通过聆听了解了一些有关天文图像的信息。参与者还分享了与他们产生深刻共鸣的听觉体验。“受访者的反应各不相同——从敬畏到有点紧张，”阿尔坎德继续说道。“一个重要的发现来自视力正常的人。他们报告说，这种经历帮助他们了解盲人或视力低下的人如何以不同方式获取信息。” 这些音轨不是在太空中记录的真实声音。相反，鲁索和他的合作者、音乐家安德鲁·桑塔吉达将韦伯的数据映射为声音，精心创作音乐，以准确地呈现团队希望听众关注的细节。从某种程度上说，这些声音处理就像现代舞或抽象绘画——它们将韦伯的图像和数据转换为一种新的媒介，以吸引和激励听众。 克里斯汀·马拉克是盲人和低视力社区的一员，她也支持这个项目，她说她用多种感官体验了这些音轨。“当我第一次听到可听化时，它以一种发自内心的、情感化的方式打动了我，我想象着有视力的人在仰望夜空时的感受。” 这些可听化还有其他深刻的好处。“我想了解声音的每一个细微差别和每一种乐器的选择，因为这主要是我对图像或数据的体验，”马拉克继续说道。总的来说，该团队希望对韦伯的数据进行可听化处理，帮助更多的听众感受到与宇宙的更紧密联系，并激励每个人关注天文台即将到来的天文发现。 詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的太空科学天文台。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 ESA和CSA领导的一项国际计划。 这些可听化是NASA的宇宙学习计划和詹姆斯·韦伯太空望远镜合作的结果。钱德拉X射线中心（CXC）作为NASA的学习伙伴，领导数据可听化处理。隶属于韦伯任务的科学专家提供他们在韦伯观测、数据和目标方面的专业知识。 NASA的学习宇宙是NASA科学激活计划的一部分，由NASA总部的科学任务理事会负责。科学激活计划将NASA科学专家、真实内容和经验以及社区领袖联系起来，以激活思维并促进对我们的世界和世界以外的更深入理解。通过与科学和科学背后的专家的直接联系，NASA的学习宇宙提供资源和经验，使青年、家庭和终身学习者能够探索科学中的基本问题，体验科学是如何进行的，并自己发现宇宙。 NASA的宇宙学习材料基于NASA根据合作协议支持的工作，根据编号NNX16AC65A合作协议授予太空望远镜科学研究所，与加州理工学院/IPAC、天体物理中心|哈佛和史密森尼和喷气推进实验室合作。 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/goddard/2022/nasa-webb-s-first-full-color-images-data-are-set-to-sound
詹姆斯·韦伯太空望远镜探测到系外行星大气中的二氧化碳
NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜首次捕捉到太阳系外行星大气层中存在二氧化碳的明确证据。观测到一颗气态巨行星围绕着700光年外的类太阳恒星运行，这为了解行星的组成和形成提供了重要的见解。这一发现被《自然》杂志接受发表，为未来韦伯可能能够探测和测量较小岩质行星稀薄大气中的二氧化碳提供了证据。 WASP-39b是一颗热气体巨星，质量约为木星的四分之一（约与土星相同），直径是木星的1.3倍。它的极度膨胀部分与它的高温有关（约1,600℉或900℃）有关。与太阳系中更冷、更紧凑的气态巨行星不同，WASP-39b的轨道非常接近其恒星——只有太阳和水星之间距离的八分之一——在四个地球日内完成了一次公转。2011年报告的这颗行星，是基于地面探测而被发现，这颗行星凌日或经过恒星前方时，其主星发出的光线出现了微妙的周期性变暗。 此前，包括NASA的哈勃和斯皮策太空望远镜在内的其他望远镜观测显示，该行星大气层中存在水蒸气、钠和钾。韦伯无与伦比的红外灵敏度现在也证实了这个星球上存在二氧化碳。 过滤星光 像WASP-39b这样的凌日行星，我们从侧面而不是从上方观察其轨道，可以为研究人员提供探测行星大气的理想机会。 在凌日期间，一些星光完全被行星遮住（导致整体变暗），一些星光则通过行星的大气层传播。 由于不同的气体吸收不同的颜色组合，研究人员可以分析不同波长光谱中透射光的亮度差异，以确定大气的确切成分。WASP-39 b结合了膨胀的大气和频繁的凌日，是透射光谱的理想目标。 韦伯近红外光谱仪（NIRSpec）的一系列光变曲线显示了随着时间的推移，当行星在2022年7月10日凌日时，来自WASP-39恒星系统的三种不同波长（颜色）的光的亮度变化。 影像来源：插图: NASA, ESA, CSA, and L. Hustak (STScI); 科学分析: The JWST Transiting Exoplanet Community Early Release Science Team 首次明确检测二氧化碳 研究团队使用韦伯的近红外光谱仪（NIRSpec）对WASP-39b进行观测。在这颗系外行星大气的光谱中，一个4.1到4.6微米的小山丘首次提供了清晰、详细的证据，证明在在太阳系外行星上发现了二氧化碳。 “数据一出现在我的屏幕上，巨大的二氧化碳特征就吸引了我，”约翰·霍普金斯大学研究生、JWST凌日系外行星社区早期发布科学团队团队的成员扎法尔·鲁斯塔姆库洛夫说，该团队进行了这项研究。“这是一个特殊的时刻，跨过了系外行星科学的一个重要门槛。” 以前，没有一个观测站在系外行星透射光谱的3到5.5微米范围内测量到如此多的单个颜色亮度的细微差异。获取光谱的这一部分对于测量水、甲烷和二氧化碳等气体的丰度至关重要，这些气体被认为存在于许多不同类型的系外行星中。 “在WASP-39 b上探测到如此清晰的二氧化碳信号，对于探测较小的类地行星上的大气层来说是个好兆头。”该团队的负责人、加州大学圣克鲁斯分校的纳塔莉·巴塔哈说。 了解行星大气层的组成很重要，因为它能告诉我们行星的起源和演化过程。“二氧化碳分子是行星形成过程中的敏感示踪剂。”该研究小组的另一名成员、亚利桑那州立大学的迈克·莱恩说。“通过测量这一二氧化碳特征，我们可以确定形成这颗气态巨行星使用了多少固态物质和多少气态物质。在未来十年，JWST将对各种行星进行这一测量，从而深入了解行星如何形成的细节，以及我们自己的太阳系的独特性。” 韦伯的近红外光谱仪（NIRSpec）于2022年7月10日捕获了热气体巨系外行星WASP-39b的透射光谱，揭示了太阳系外行星存在二氧化碳的第一个明确证据。这也是迄今为止捕获的第一个详细的系外行星透射光谱，覆盖波长在3到5.5微米之间。 影像来源：插图: NASA, ESA, CSA, and L. Hustak (STScI); 科学分析: The JWST Transiting Exoplanet Community Early Release Science Team 早期发布科学计划 对WASP-39b的NIRSpec棱镜观测只是一项更大调查的一部分，该调查包括使用多个韦伯仪器对该行星的观测，以及对其他两颗凌日行星的观测。这项调查是早期发布科学计划的一部分，旨在尽快为系外行星研究界提供强大的韦伯数据。 “我们的目标是快速分析早期发布的科学观测结果，并开发供科学界使用的开源工具。”牛津大学的联合研究员费雯·帕姆提尔解释说。“这使得来自世界各地的贡献成为可能，并确保未来几十年的观测将产生最好的科学成果。” 来自NASA艾姆斯研究中心的论文合著者娜塔莎·巴塔哈补充说，“NASA的开放科学指导原则以我们的早期发布科学工作为中心，支持包容、透明和协作的科学过程。” 詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的太空科学天文台。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 ESA和CSA领导的一项国际计划。 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/goddard/2022/nasa-s-webb-detects-carbon-dioxide-in-exoplanet-atmosphere
4000颗系外行星
2022年8月14日 4000 Exoplanets Video Credit: SYSTEM Sounds (M. Russo, A. Santaguida); Data: NASA Exoplanet Archive Explanation: Over 4000 planets are now known to exist outside our Solar System. Known as exoplanets, this milestone was passed last month, as recorded by NASA’s Exoplanet Archive. The featured video highlights these exoplanets in sound and light, starting chronologically from the first confirmed detection in 1992 and continuing into 2019. The entire night sky is first shown compressed with the central band of our Milky Way Galaxy making a giant U. Exoplanets detected by slight jiggles in their parents-star’s colors (radial velocity) appear in pink, while those detected by slight dips in their parent star’s brightness (transit) are shown in purple. Further, those exoplanets imaged directly appear in orange,…
50光年的地质学：韦伯准备研究岩石世界
NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜的镜段排列整齐，科学仪器正在校准，距离全面运行只有几周的时间。今年夏天首次观测结果公布后不久，韦伯的深入科学研究将开始。 计划在第一年进行的调查包括对两颗因其大小和岩石成分而被归类为“超级地球”的热系外行星的研究：熔岩覆盖的55Cancri e和无空气的LHS 3844 b。研究人员将在这些行星上训练韦伯的高精度光谱仪，以了解银河系行星的地质多样性，还有像地球这样的岩石行星的演化。 超级热的超级地球55 Cancri e 55 Cancri e的轨道距离其类太阳恒星不到 150 万英里（水星与太阳距离的二十五分之一），在不到18小时的时间内公转一圈。由于地表温度远高于典型岩石形成矿物的熔点，该行星的昼面被认为覆盖着熔岩海洋。 假设围绕恒星运行的行星被潮汐锁定，一侧始终面向恒星。因此，行星上最热的地方应该是最直接面对恒星的地方，来自白天的热量不应该随着时间的推移而发生太大变化。 但这似乎并非如此。NASA斯皮策太空望远镜对55 Cancri e的观测表明，这颗行星最热的区域偏离了最直接面向恒星的部分，而从白天探测到的总热量确实有所不同。 55 Cancri e有厚厚的大气层吗？ 对这些观测结果的一种解释是，这颗行星有一个动态的大气，可以将热量四处移动。“55 Cancri e可能有一个以氧或氮为主的厚大气层。”NASA位于南加州的喷气推进实验室的胡仁宇（Renyu Hu）解释说，他领导的团队将使用韦伯的近红外相机（NIRCam）和中红外仪器（MIRI）捕捉行星白天的热发射光谱。胡补充道：“如果它有大气层，韦伯有足够的灵敏度和波长范围来探测它，并确定它是由什么组成。” 还是55 Cancri e晚上在下熔岩雨？ 然而，另一个有趣的可能性是55 Cancri e没有潮汐锁定。相反，它可能像水星一样，每公转两次自转三次（称为3:2共振）。因此，这颗行星会有昼夜循环。 “这可以解释为什么行星最热的部分发生了变化。”斯德哥尔摩大学的研究人员亚历克西斯·布兰德克解释说。“就像在地球上一样，地表需要时间加热。一天中最热的时间是下午，而不是中午。” 布兰德克的团队计划使用NIRCam来测试这一假设，以测量55 Cancri e在四个不同轨道上从被照亮的一侧发出的热量。如果这颗行星有3:2的共振，他们将对每个半球进行两次观测，这应该能够检测到两半球之间的任何差异。 在这种情况下，行星表面会在白天升温、融化，甚至蒸发，形成韦伯可以探测到的稀薄的的大气。到了晚上，蒸汽会冷却并凝结，形成熔岩液滴，这些熔岩会像雨点一样落回行星地表，随着夜幕降临，再次变成固体。 岩石系外行星LHS 3844 b和55 Cancri e与地球和海王星的对比图。55 Cancri e和LHS 3844 b在大小和质量上都介于地球和海王星之间，但在组成上它们与地球更为相似。行星按半径递增的顺序从左到右排列。 影像来源：ILLUSTRATION: NASA, ESA, CSA, Dani Player (STScI) 更冷的超级地球LHS 3844 b 虽然55 Cancri e将提供一个被熔岩覆盖的世界的奇特地质的信息，但LHS 3844 b为分析系外行星表面的固体岩石提供了一个独特的机会。 和55 Cancri e一样，LHS 3844 b的轨道离它的恒星非常近，在11小时内完成一圈公转。然而，由于其恒星相对较小且较冷，该行星的温度不足以使其表面熔化。此外，斯皮策望远镜的观测表明，这颗行星不太可能有大量的大气层。 LHS 3844 b的表面是由什么组成？ 虽然我们无法直接用韦伯对LHS 3844 b的表面进行成像，但由于没有遮蔽的大气，因此我们可以用光谱学研究行星表面。 “事实证明，不同类型的岩石具有不同的光谱。”马克斯·普朗克天文研究所的劳拉·克雷德伯格解释说。“你可以用眼睛看到花岗岩的颜色比玄武岩浅。岩石发出的红外光也有类似的差别。” 克雷德伯格的团队将使用MIRI捕捉LHS 3844 b白天一侧的热发射光谱，然后将其与已知岩石（如玄武岩和花岗岩）的光谱进行比较，以确定其成分。如果这颗行星有火山活动，光谱还可能显示出微量火山气体的存在。 这两颗系外行星观测的重要性远远超出了银河系5000多颗已确认系外行星。克雷德伯格说：“它们将为我们提供有关类地行星的全新视角，帮助我们了解早期地球在像今天这些行星一样炎热时可能是什么样子。”。 这些对55个Cancri e和LHS 3844 b的观测将作为Webb第1周期普通观察者计划的一部分进行。普通观察者计划由使用双重匿名审查系统进行竞争性选择，该系统与哈勃望远镜上的时间分配系统相同。 詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的太空科学天文台。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宇宙中的位置。韦伯是由NASA及其合作伙伴ESA和加拿大航天局领导的一个国际项目。 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/goddard/2022/geology-from-50-light-years-webb-gets-ready-to-study-rocky-worlds
宇宙里程碑：NASA确认5,000颗系外行星
太阳系外的行星或系外行星是什么样的？此图显示了多种可能性。科学家在20世纪90年代发现了第一批系外行星。截至2022年，已确认的系外行星总数刚刚超过5,000 颗。 影像来源：NASA/JPL-Caltech 已确认的系外行星数量刚刚超过5,000颗，这代表着由NASA太空望远镜引领的30年发现之旅。 不久前，我们生活在一个只有少数已知行星的宇宙中，所有行星都围绕太阳运行。但一系列新发现标志着科学的一个高点：现在已确认超过5,000颗行星存在于太阳系之外。 行星里程表于3月21日开启，最新一批65颗系外行星——我们的太阳系家族之外的行星——被添加到NASA系外行星档案中。该档案记录了出现在同行评审的科学论文中的系外行星发现，并已使用多种检测方法或分析技术得到证实。 迄今为止发现的5,000多颗系外行星包括像地球这样的小型岩质行星、比木星大很多倍的气态巨行星，以及围绕恒星运行、轨道极其接近恒星的“热木星”。有“超级地球”，它们可能是比我们更大的岩质行星，也有“迷你海王星”，即太阳系中海王星的较小版本。再加上同时围绕两颗恒星运行的行星和固执地围绕死亡恒星坍塌残余运行的行星。 天文学家现在已经确认了超过5,000颗系外行星，或太阳系以外的行星。这只是我们银河系中可能的数千亿的一小部分。发现系外行星的锥状物从行星地球向外辐射，就像车轮上的辐条。还有更多的发现等着我们。 视频：NASA/JPL-Caltech “这不仅仅是一个数字，”档案馆的科学主管、帕萨迪纳加州理工学院NASA系外行星科学研究所的研究科学家杰西·克里斯蒂安森说。“它们中的每一个都是一个新的世界，一颗崭新的行星。我对每一个系外行星都感到兴奋，因为我们对它们一无所知。” 我们确实知道：我们的银河系可能拥有数千亿颗这样的行星。1992年，一个奇怪的新世界围绕着一颗更奇怪的恒星运转，在这之后不断有新的发现。它是一种被称为脉冲星的中子星，一种快速旋转的恒星残骸，会发出毫秒级的灼热辐射脉冲。通过测量脉冲时间的细微变化，科学家们得以揭示脉冲星周围轨道上的行星。 这篇论文的主要作者亚历山大沃尔什赞说，在这颗旋转的恒星周围虽然仅发现三颗行星，但基本上打开了发现系外行星的闸门。30 年前，该论文揭开了第一批在太阳系外得到确认的行星。 “如果你能在中子星周围找到行星，行星基本上无处不在。”沃尔兹赞说。“行星生成过程必须非常稳健。” 作为宾夕法尼亚州立大学的教授，沃尔兹赞仍然在寻找系外行星，他说，我们正在开启一个发现行星的时代，而不仅仅是简单地将新行星添加到名单中。2018年发射的凌日系外行星巡天卫星（TESS）继续发现新的系外行星。但很快，从最近发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜开始，强大的下一代望远镜及其高灵敏度仪器将捕获系外行星大气层中的光，读取存在的气体，从而可能识别出适宜居住条件的迹象。 预计将于2027年发射的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜将使用多种方法发现新的系外行星。2029年发射的欧空局ARIEL任务将观测系外行星大气；NASA搭载的一项名为CASE的技术将有助于消除系外行星的云雾。 沃尔什赞说：“在我看来，我们不可避免地会在某个地方找到某种生命——很可能是某种原始生命。”他补充道，地球上生命的化学与在整个宇宙中发现的化学之间的密切联系，以及对广泛存在的有机分子的探测表明，发现生命本身只是一个时间问题。 在这个动画中，系外行星由跨越数十年发现的音符来表现。圆圈表示轨道的位置和大小，而其颜色表示探测方法。低音符意味着更长的轨道，高音符意味着更短的轨道。 视频来源：NASA/JPL-Caltech/SYSTEM Sounds (M. Russo and A. Santaguida) 如何寻找其他世界 画面并不总是那么明亮。1995年，在类太阳恒星周围探测到的第一颗系外行星被证明是一颗热木星：一颗质量约为我们木星一半的气态巨行星，以一个极其接近的四天轨道绕着它的恒星运行。换句话说，在这个星球上，一年只持续四天。 一旦天文学家学会识别它们，地面望远镜的数据中就会出现更多这样的行星——先是几十颗，然后是数百颗。它们是使用“摆动”方法发现的：跟踪由轨道行星的引力拖曳引起的恒星轻微来回运动。但目前仍然没有一颗系外行星看起来适合居住。 寻找更像我们自己的小型岩质行星需要外行星搜寻技术的下一次重大飞跃：凌日法。天文学家威廉·博鲁基提出了在望远镜上安装极其灵敏的光探测器，然后将其发射到太空的想法。这台望远镜将在长达数年的时间里观测超过17万颗恒星，寻找当一颗行星经过一颗恒星表面时星光的细微变化。 开普勒太空望远镜实现了这个想法。 博鲁茨基是现已退休的开普勒任务的首席研究员，他说，2009年开普勒太空望远镜的发射打开了一扇观察宇宙的新窗口。 “我真的很满意，并对那里的一切感到敬畏。”他说。“我们谁也没想到会有这么多种类的行星系统和恒星。这太神奇了。” 到目前为止，在我们的星系中确认的5,000多颗系外行星包括各种各样的类型——一些与我们太阳系中的行星相似，另一些则截然不同。其中有一种被称为“超级地球”的神秘物种，因为它们比我们的地球更大，而且可能是岩质行星。 影像来源：NASA/JPL-Caltech 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/jpl/cosmic-milestone-nasa-confirms-5000-exoplanets
5000颗系外行星并在不断增加
Not so long ago, humanity lived in a universe with only a small number of known planets, all of them orbiting our Sun. But a new raft of discoveries marks a scientific high point: More than 5,000 planets are now confirmed to exist beyond our solar system. The planetary odometer turned on March 21, with the latest batch of 65 exoplanets – planets outside our immediate solar family – added to the NASA Exoplanet Archive. The archive records exoplanet discoveries that appear in peer-reviewed, scientific papers, and that have been confirmed using multiple detection methods or by analytical techniques. This artist’s concept is of a Jupiter-mass planet orbiting the nearby star Epsilon Eridani, located 10.5 light-years away from Earth. Learn more What are exoplanets? Cosmic…
NASA发现了天体碰撞产生的巨大碎片云
这幅插图描绘了两个小行星大小的天体碰撞的结果：围绕一颗年轻恒星的巨大碎片云。NASA的斯皮策号发现一块碎片云挡住了这颗恒星HD 166191，为科学家提供了发生碰撞的细节。 影像来源：NASA/JPL-Caltech 岩石天体之间的重大碰撞塑造了我们的太阳系。对类似碰撞的观察提供了有关这些事件在其他恒星周围发生频率的线索。 我们太阳系中的大多数岩石行星和卫星，包括地球和月球，都是由太阳系历史早期的大规模碰撞形成或塑造的。通过相互碰撞，岩石天体可以积累更多的物质，增大尺寸，或者它们可以分裂成多个较小的物体。 天文学家使用NASA现已退役的斯皮策太空望远镜，在过去发现了岩石行星正在形成的年轻恒星周围发生此类碰撞的证据。但是，这些观察并没有提供有关碰撞的更多细节，比如所涉及物体的大小。 在天体物理学杂志上的一项新研究中，由亚利桑那大学的凯特·苏领导的一组天文学家报告了首次观测到的由其中一次碰撞产生的碎片云。碎片云在它的恒星前面经过并短暂遮挡了光。天文学家称之为凌日。再加上对恒星大小和亮度的了解，这些观测使研究人员能够在撞击后不久直接确定云团的大小，估计碰撞物体的大小，并观察云团消散的速度。 “目击事件是无可替代的。”亚利桑那大学的乔治·里克是这项新研究的合著者，他说道。 “斯皮策之前报道的所有案件都没有得到解决，只有关于实际事件和碎片云可能是什么样子的理论假设。” 从2015年开始，苏领导的一个团队开始对一颗1000万年前的恒星HD 166191进行常规观测。大约在恒星生命的早期，恒星形成过程中留下的尘埃聚集在一起，形成了一种称为星子的岩石体——未来行星的种子。一旦之前填充这些物体之间空间的气体消散，它们之间灾难性的碰撞就变得很常见。 该团队预计，他们可能会发现HD 166191附近发生碰撞的证据，因此在2015年至2019年期间，他们使用斯皮策望远镜对该系统进行了100多次观测。虽然星子太小，距离太远，望远镜无法分辨，但它们的碰撞会产生大量尘埃。斯皮策探测到了红外光——或比人眼能看到的波长略长的波长。红外线是探测尘埃的理想方法，包括由原行星碰撞产生的碎片。 2018年年中，太空望远镜观测到HD 166191系统变得明显更亮，这表明碎片的产生在增加。在此期间，斯皮策望远镜还探测到一个碎片云挡住了这颗恒星。结合斯皮策对凌日的观测和地面望远镜的观测结果，该团队可以推断出碎片云的大小和形状。 他们的研究表明，云团被拉高了，估计的最小面积是恒星的三倍。然而，斯皮策望远镜所观测到的不断变亮的红外线表明，只有一小部分云团从恒星前方经过，而这一事件产生的碎片覆盖的面积是恒星的数百倍。 要产生这么大的云，主碰撞中的物体必须有矮行星那么大，就像我们太阳系中的灶神星——一个330英里（530公里）宽的天体，位于火星和木星之间的主小行星带。最初的碰撞产生了足够的能量和热量使一些物质汽化。它还引发了第一次碰撞的碎片和系统中其他小物体之间的碰撞连锁反应，这可能产生了斯皮策观测到的大量尘埃。 在接下来的几个月里，巨大的尘埃云体积增大，变得更加透明，这表明尘埃和其他碎片正在迅速扩散到整个年轻的恒星系统中。到2019年，经过恒星前面的云团不再可见，但该系统包含的尘埃是斯皮策观测到云团之前的两倍。这篇论文的作者认为，这些信息可以帮助科学家检验类地行星是如何形成和生长的理论。 “通过观察年轻恒星周围轻恒星周围的尘埃碎片盘，我们基本上可以回顾过去，看看可能塑造了我们自己的太阳系的过程。”苏说。 “了解这些系统中碰撞的结果，我们还可以更好地了解围绕其他恒星形成岩石行星的频率。” 关于斯皮策的更多信息 斯皮策在其生命周期内收集的全部科学数据可通过斯皮策数据档案馆向公众提供，该档案馆位于加利福尼亚州帕萨迪纳加州理工学院IPAC红外科学档案馆中。喷气推进实验室是加州理工学院的一个部门，为位于华盛顿的NASA科学任务理事会管理斯皮策号任务。科学操作在加州理工学院IPAC的斯皮策科学中心进行。航天器操作基地设在科罗拉多州利特尔顿的洛克希德·马丁航天公司。 更多关于NASA斯皮策太空望远镜的信息，请访问: https://www.jpl.nasa.gov/missions/spitzer-space-telescope 和 https://www.ipac.caltech.edu/project/spitzer 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasa-spots-giant-debris-cloud-created-by-clashing-celestial-bodies