美國太空總署最大、最強大的太空望遠鏡詹姆斯韋伯 (JWST) 首次讀取了一顆小型岩石系外行星發出的光，這是其能力的最新展示。
詹姆斯韋伯太空望遠鏡一直以前所未有的方式展示宇宙，捕捉到直徑數光年的星系和星雲的令人驚嘆的圖像。
但它也能夠瞄準更小的目標，例如係外行星——太陽系之外的行星。
一個國際研究小組使用這台望遠鏡測量了 TRAPPIST-1 恆星系統中一顆岩石系外行星的溫度，這是宜居帶中已知最大一批地球大小的岩石行星的所在地。
宜居帶是指行星的位置與其主恆星不太近也不太遠，這意味著溫度恰好適合液態水的形成和大氣層的維持。
因此，人們對 TRAPPIST-1 系統內的七顆已知行星非常感興趣，它們是外星生命宿主的潛在候選者。
然而，JWST 的發現表明 TRAPPIST-1 b 行星沒有明顯的大氣層，且白天溫度約為攝氏 230 度。
該測量基於行星的熱發射——韋伯中紅外線儀器（MIRI）檢測到的以紅外光形式發出的熱能。
首次探測到小型岩石系外行星的光
這次讀數是首次探測到來自像我們太陽系中的岩石行星一樣小且可能很冷的系外行星的光，這是確定圍繞小型活躍恆星運行的行星是否能夠維持支持生命所需的大氣層的重要一步。
研究人員還表示，這很好地證明了韋伯利用 MIRI 研究地球大小的系外行星的能力。
「這些觀測確實利用了韋伯的中紅外線能力，」美國太空總署艾姆斯研究中心的天體物理學家、週二在《自然》雜誌上發表的這項研究的主要作者托馬斯·格林說。 「以前沒有任何望遠鏡具有測量如此微弱的中紅外光的靈敏度」。
TRAPPIST-1 行星於 2017 年被發現，圍繞著距離地球 40 光年的超冷紅矮星。由於它們與太陽系內行星的明顯相似性，它們引起了特別的興趣。
雖然它們的軌道都比我們太陽系中的任何行星都更靠近恆星（在距離太陽最近的水星軌道內），但它們從微小恆星接收到的能量相當。
雖然 TRAPPIST-1 b 並不位於宜居帶，但它為研究人員提供了有關其鄰近行星以及類似恆星周圍其他行星的重要資訊。
格林解釋說：“銀河系中這些恆星的數量是太陽等恆星數量的十倍，而它們擁有岩石行星的可能性是太陽等恆星的兩倍。” 「但它們也非常活躍——它們年輕時非常明亮，發出耀斑和 X 射線，可以消滅大氣層」。
來自法國替代能源和原子能委員會 (CEA) 的合著者 Elsa Ducrot 是 TRAPPIST-1 系統初步研究的團隊成員之一，她補充說：「更容易描述較小、較冷恆星周圍的類地行星的特徵。如果我們想了解 M 星周圍的宜居性，TRAPPIST-1 系統是一個很棒的實驗室。這些是我們觀察岩石行星大氣層的最佳目標」。
檢測氣氛
該團隊使用了一種稱為二次食光度測量的技術，其中 MIRI 測量了當行星移到恆星後面時系統的亮度變化。
TRAPPIST-1 b 的溫度還不夠高，無法發出自己的光，但它確實具有紅外線流。透過從恆星和行星的總亮度中減去恆星的亮度，研究人員可以成功計算行星發出的紅外光量。
研究結果顯示韋伯的力量有多強大。這顆恆星的亮度是行星的 1000 多倍，當行星在日食中排列時，亮度的變化不到 0.1%。
「還有人擔心我們會錯過日食。這些行星都互相拉扯，因此軌道並不完美，」灣區環境研究所的博士後研究員泰勒貝爾分析了這些數據。
「但這真是太神奇了：我們在數據中看到的日食時間在幾分鐘內就與預測時間相符了」。
對五個獨立的次日食觀測數據的分析表明，TRAPPIST-1 b 的白天溫度約為 230 攝氏度。
「我們將結果與電腦模型進行了比較，顯示了不同情況下的溫度應該是多少，」杜克羅特解釋道。
「結果幾乎與由裸露岩石構成的黑體完全一致，沒有大氣來循環熱量。我們也沒有看到任何光被二氧化碳吸收的跡象，這在這些測量中是顯而易見的」。
「熱木星」帶來意想不到的結果
另一篇論文剛發表在《自然》雜誌上也利用 JWST 在行星大氣層方面取得了突破 - 但這次它著眼於氣態巨行星。
研究人員指出，圍繞太陽運行的氣態巨行星有一個清晰的模式：行星質量越大，大氣中重元素（氫或氦以外的任何元素）的百分比就越低。
然而，利用韋伯，他們能夠確認其他恆星系統中的氣態巨行星並不符合這種模式。
他們觀察了一顆圍繞著一顆與太陽相當的恆星運行的所謂“熱木星”，發現其大氣層中含有大量較重的元素，例如碳和氧。
