詹姆斯韦伯太空望远镜已经在一个系外行星的大气层中发现了化学反应

分析来自詹姆斯韦伯太空望远镜数据的天文学家已经首次发现了在系外行星大气层中被恒星光驱动的化学反应的迹象

艺术家的系外行星WASP-39b的印象。NASA/JPL-Caltech/Robert Hurt; Center for Astrophysics-Harvard & Smithsonian/Melissa Weiss

詹姆斯韦伯太空望远镜已经首次发现了在遥远外星世界大气层中被星光驱动的正在发生的化学反应，提升这台望远镜能够帮助识别宿主生命的系外行星的希望。

在地球大气层中发现的许多化合物包括一些对生命是至关重要的当地球第一次被形成时不存在的。相反，它们是被来自太阳的光触发的化学反应的产物。这些光化学反应也在我们太阳系中几乎所有其它行星的大气层中发生，因此被预测会在系外行星的大气层中发生。但直到现在，它们从来没有被观察到过。

今年8月，詹姆斯韦伯太空望远镜的一个质量像土星一样大但比木星更宽的900°的气体球的系外行星WASP-39b的观测首次发现了在一颗系外行星大气层中二氧化碳的第一个证据。但天文学家也在这颗行星的光签名中发现了一个奇怪的隆起，这提出了一种未知的元素或分子正在吸收随它通过大气层的宿主恒星的光。

现在，英国圣安德鲁斯大学的凯蒂·丘布和她的同事们已经分析了从詹姆斯韦伯太空望远镜上四个红外仪器采集的WASP-39b光的数据。丘布说，“被四种不同的仪器所覆盖的大波长范围真的允许我们来尽可能的建立一个我们能够的这个大气层的完整的图片” 。

该小组被分成了一些亚组并使用了一系列的大气层模型来模拟来自詹姆斯韦伯太空望远镜的信号。英国埃克塞特大学的团队成员埃里克·希伯拉德说，只有包含涉及硫的化学反应的模型可以重现这些数据，提出这个隆起被大气层中的二氧化硫造成。“我们非常惊讶，因为一旦我们各自独立的实施了硫化学，它立即适应的” 。

如果这颗行星仅由当恒星系统形成时创造的物质制成二氧化硫的含量将远远高于它应是的水平。丘布说，唯一的解释是来自行星的恒星WASP-39的光已经在行星大气层中造成了一系列来产生二氧化硫的化学反应。

剑桥大学的尼库·马杜苏丹说，“在詹姆斯韦伯太空望远镜时代之前，我们一直不能够在深层大气层中来探测这些过程” ，他没有参与这项研究。“这些结果是一个很好的詹姆斯韦伯太空望远镜对系外行星光谱学能力的证明” 。

识别在WASP-39b上的光化学反应也可以帮助表明这颗行星是在离它的恒星更远的地方形成并向内移动、拾起跨它的恒星系统的物质还是是否它在它当前的位置形成并只是在那里积累了物质。丘布说，早期的氧碳比的观测提出它是在离恒星很远的地方形成的，但首先将需要更明确的数据。

赫伯拉德说，这一发现也预示着可以观察到更多的被光化学过程产生的化合物，比如地球上的臭氧。“即便[WASP-39b]与我们在地球上有的非常不同------它是热的、被氢主导，你不想要住在那里------第一次探测一种光化学产物是一个前进的方向” 。

最终，这样的探测可能帮助詹姆斯韦伯太空望远镜的最重要的使命目标之一：搜索可能宿主生命的系外行星的迹象。赫伯拉德说，“为回答这些生物签名的问题，我们需要涵盖更多，但这是沿这条路前进的第一步” 。

参考: arxiv.org/abs/2211.10490 & arxiv.org/abs/2211.10489

https://www.newscientist.com/article/2348204-jwst-has-spotted-chemical-reactions-in-an-exoplanets-atmosphere/