溫暖的系外行星WASP-80 b的大氣中含有甲烷(圖片來源:uux.cn/美國國家航空航天局)
（神秘的地球uux.cn）據美國太空網（羅伯特·李）：詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)已經在一個大約163光年遠的類木星世界的大氣中探測到了甲烷和水蒸氣。
天文學家通過使用這臺強大的斯韋紅外太空望遠鏡來觀察太陽系外行星或“系外行星”WASP-80 b經過其母紅矮星的表面，這是伯太一個發現，它大約每3個地球日繞地球運行一次。空望
到目前為止，遠鏡天文學家已經在大約12顆行星的溫暖大氣層中發現了水蒸氣，但使用天基光譜學檢測甲烷——盡管在木星、詹姆土星、斯韋天王星和海王星等太陽系世界的伯太大氣層中常見——卻非常罕見。這就是空望包括亞利桑那州立大學地球和空間探索學院的科學家Luis Welbanks和Michael Line以及海灣地區環境研究所(BAERI)研究員Taylor Bell在內的團隊現在用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡所做的事情。
威爾班克斯在一份聲明中說:“這是遠鏡我們第一次用肉眼在凌日系外行星光譜中看到如此明顯的甲烷光譜特征，與半個世紀前在太陽系巨行星光譜中看到的溫暖光譜沒有太大不同。”
需要說明的詹姆是，這不是斯韋JWST第一次發現大氣中的甲烷。例如，伯太天文臺今年早些時候在系外行星K12-18b周圍發現了這樣的分子。
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WASP-80 b被歸類為“溫暖的木星”，因為它不像所謂的熱木星那樣靠近其母星，但仍然比所謂的冷木星更近。原始的木星，我們太陽系中最大的行星，也是給這類行星命名的氣態巨行星，從技術上講是一顆“冷木星”。
由于這種相對的接近，區分WASP-80 b和它的紅矮星并不容易。事實上，這甚至是價值100億美元的JWST的能力。這相當于從9英里(14.5公里)外看到一根頭發。
幸運的是，天文學家有辦法應對這一挑戰。他們基本上是等待WASP-80 b過境其軌道運行的紅矮星的表面，然后觀察與該行星相關的集體光譜。
因為化學元素和分子吸收特征波長的光，觀察組合光譜并將其與恒星的單獨光譜進行比較，可以揭示行星大氣中特定分子的獨特指紋。
“使用凌日方法，當行星從我們的角度移動到它的恒星前面，導致我們看到的星光變暗一點時，我們觀察到了這個系統。這有點像當有人從一盞燈前經過時，燈光變暗了，”威爾班克斯說。
“在這段時間里，”威爾班克斯繼續說道，“行星白天/夜晚邊界周圍的行星大氣薄環被恒星照亮，在行星大氣分子吸收光線的某些顏色的光線下，大氣看起來更厚，阻擋了更多的星光，與大氣透明的其他波長相比，導致了更深的變暗。
“這種方法有助于像我們這樣的科學家通過觀察哪些顏色的光被阻擋來了解行星的大氣層是由什么組成的，”研究人員解釋說。
但是團隊并沒有就此止步。科學家們也使用了另一種方法來測量WASP-80 b的大氣。
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡觀測到的WASP-80 b的凌日光譜(上圖)和日食光譜(下圖)(圖片來源:uux.cn/美國國家航空航天局)
你越來越暖和了…在尋找甲烷的時候
像所有的行星一樣，WASP-80 b以熱輻射的形式發出一些光。這種光的波長種類和強度都取決于行星的溫度。
WASP-80 b如此接近其恒星，使得這顆行星的表面溫度達到1025華氏度(552攝氏度)。)相比之下，典型的熱木星溫度為2150華氏度(1177攝氏度)，而我們的木星溫度為零下235華氏度(-148攝氏度)。
溫暖和炎熱的木星也與它們的恒星潮汐鎖定，這意味著它們有永遠面向恒星的較熱的永久“晝側”，和永遠面向太空的較冷的永久“夜側”。
就在WASP-80 b遮蔽其恒星之前，它的晝側指向地球，這意味著在遮蔽期間測量來自恒星的光的下降會顯示來自行星的紅外光，這是其熱輻射的結果。這給了天文學家“日蝕光譜”，其光吸收模式與行星大氣中的分子有關。這些模式看起來像是地球發出的特定波長的光減少了。
兩全其美
結合日食和凌日數據，研究小組可以看到WASP-80 b大氣層在不同波長下阻擋和發射了多少光。然后，研究人員使用兩種不同的模型來模擬WASP-80 b這樣的行星的大氣層在溫暖的木星的極端條件下會是什么樣子。
一個模型是嚴格的，考慮到現有的物理和化學來確定這樣一個世界中甲烷和水的含量。另一個模型更靈活，嘗試了數百萬種不同的甲烷和水的豐度和溫度的組合，以找到最符合數據的配方。將transit和eclipse數據與兩個模型進行比較，團隊得出了相同的明確結論。
他們肯定在WASP-80 b的大氣中發現了甲烷。
“在JWST之前，甲烷在很大程度上一直未被檢測到，盡管人們期望用哈勃太空望遠鏡在甲烷本應豐富的行星上檢測到它，”萊恩解釋道。“這些探測的缺乏產生了一系列的想法，從碳的內在損耗到它的光化學破壞，再到深層甲烷耗盡氣體的混合。”
下一步是探索WASP-80 b的化學成分可以告訴科學家關于系外行星的特征、形成歷史和演化的信息，因為它們與甲烷和水的豐度有關。這樣的研究也可以讓研究小組推斷出大氣中碳和氧的比例。這個比率是根據行星在恒星周圍形成的精確位置而變化的；它可以揭示WASP-80 b是否形成于它現在所處的位置，或者它是否在朝著它的恒星遷移之前誕生于更遠的地方。
該團隊還將利用已經訪問過木星和土星的太空任務收集的樣本和數據，將太陽系外溫暖的木星大氣與繞太陽運行的行星大氣進行比較。
“甲烷不僅是追蹤大行星大氣成分和化學成分的重要氣體，而且被假設為與氧氣結合，可能是生物學的標志，”威爾班克斯總結道。“可居住世界天文臺是繼JWST和羅曼之后的下一個美國國家航空航天局旗艦任務，它的主要目標之一是在類日恒星周圍的類地行星中尋找氧氣和甲烷等氣體。”
該團隊的研究發表在11月22日的《自然》雜志上。
作者:休閑
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