天文学家可能正在错的获得韦伯太空望远镜的系外行星测量

By Tereza Pultarova

2022/9/16

Science & Astronomy

系外行星大气层的组成可能被倾斜，因为模型不匹配詹姆斯·韦伯太空望远镜的精度。

 银河系中潜在的有数千亿颗系外行星，其中许多很可能有适合生命的条件。(Image credit: ESA/Hubble, N. Bartmann)

一项新的研究提出天文学家可能正在错的解释詹姆斯·韦伯太空望远镜的系外行星大气层的测量。

詹姆斯·韦伯太空望远镜是从来建造的最复杂的太空天文台，它捕捉宇宙最遥远到达的惊人图像。它还测量它看到的有趣的恒星、星系和星云的化学组成。为了解释这些数据，科学家们依靠复杂的模型。但来自麻省理工学院（MIT）的研究人员的一项新研究发现了这些模型不足够准确到来捕捉韦伯观察的细微。

科学家们在一份声明中说，这些模型的相对粗糙性可能意味着分析遥远的系外行星的大气层可能是差一个数量级的。

麻省理工学院地球、大气和行星科学系（EAPS）的助理教授、该研究的联合负责人朱利安·德维特在声明中说 ，“在一种像水一样的化合物存在5%和25%之间有一个科学上显著的差异，这目前的模型不能区分”。

问题中的模型分析由韦伯观察到的物质的不透明度，一个多少光穿过它或被吸收的测量以及在哪个波长上这发生。由于每一种化学元素不一样吸收光，天文学家能用这些测量以更大详细重建这些化学物质的化学成分和比例。

韦伯虽然被建造来观测宇宙中最老的恒星和星系，但已经在研究在我们银河系中环绕恒星的行星中证明了它的力量。该望远镜在一些行星大气层中探测到了重要分子诸如水和二氧化碳，但也拍摄了一颗巨大的气体系外行星的直接图像。

天文学家关于韦伯的以如此详细来研究系外行星感到兴奋，因为他们希望来发现的行星大气层的化学成分可能提供关于在这些遥远世界上可能存在的生命的暗示。但这一数据的不准确解读会意味着所获得的见解将是相当不可靠的。

德维特说，“我们的翻译过程将阻止我们捕捉重要的微妙之处，比如那些做出一颗行星是适合居住的和不适合居住的之间的差异”。

研究人员通过测试现有不透明模型的几个版本并给它们馈入合成光谱模拟由詹姆斯·韦伯太空望远镜获得的那些得到了这一结论。他们说他们发现了不同版本的模型产生了证明了它们的精度限制的不同值。

詹姆斯·韦伯太空望远镜是第一个来探测来自系外行星的化学特征的望远镜，但被它的能力限制。 (Image credit: NASA/Wikimedia Commons)

研究人员在声明中说，这些模型不足够敏感到来告诉一颗行星有一个300开尔文[80华氏度/26摄氏度]还是600开氏文[620华氏度/326摄氏度]的大气层温度，或者某种气体是否占一个大气层的5%还是25%；

地球、大气和行星科学系的研究生、新论文的合著者尼劳拉在声明中说，“在我们来约束行星形成机制并可靠地识别生物签名中这种差异重要的，目前，我们用于解密光谱信息的模型还达不到与我们已经从詹姆斯·韦伯望远镜有的数据的精度和质量并驾齐驱。我们需要来提高我们的游戏并解决这个不透明度”。

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研究人员还提出了可能的改进诸如采取更多的实验室测量来验证各种化合物的吸光行为并改进理论计算。

尼劳拉说，“如果我们完美的知道光和物质怎样相互作用有如此多我们可以做的事情。我们知道围绕地球的条件那样好，但一旦我们转移到不同类型的大气层，事情变化，这是大量的数据，随着增加的质，我们冒误解释的风险” 。

这项研究于9月15日星期四发表在《自然天文学》杂志上。