为什么太阳系外气态巨行星对寻找生命是至关重要的

资深撰稿人 Bruce Dorminey

Dec 7, 2024,05:19am EST

Updated Dec 7, 2024, 01:01pm EST

SCIENCE

我报道航空航天、天文学并主持宇宙争议播客。

艺术家的基于美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜最新收集的数据以及来自哈勃和其他太空和地面望远镜的先前观测显示系外行星WASP-107 b 可能看起来是像什么一样的概念。WASP-107 b 是一颗温暖的海王星的系外行星，环绕一颗相对小和凉的恒星，距离地球约 210 光年远在室女座中。Virgo.NASA, ESA, CSA, R. CRAWFORD (STS

如果天体生物学家从来要探测我们太阳系以外的生命，可以说这将被经由一颗地球一样行星的大气层随它经过它的母星前面的光谱学做到。问题是甚至几乎地球一样的行星是极难来探测到的。

结果是迄今为止探测到的大多数太阳系外行星远比微小的地球更大。它们是大小与海王星相同或更大的太阳系外的气态巨行星。不幸的是这些气态巨行星难是我们知道的生命的预兆。但它们是来探测太阳系外生命的漫长曲折道路上的必要一站。

三十年前，瑞士天文学家梅耶（Michel Mayor） 和日内瓦天文台的柯罗子（Didiez Queloz） 探测到第一颗围绕另一颗太阳一样恒星的行星。它大约是我们自己木星的一半大小，他们发现了它在一个围绕太阳型恒星51飞马（51 Pegasi）令人难以置信意料不到短的 4.2 天轨道中。

位于大约 51 光年外的飞马座北部，当时这两个瑞士人唯一能确定关于这颗行星的是它的质量和轨道。但鉴于这颗行星的靠近它的恒星，他们确定它不得不是一颗炙热的气态巨行星，是现在被称为热木星的新型行星的原型。

超越探测来特征化

奥地利科学院空间科学研究所所长、天体物理学家克里斯蒂安·海林 （Christiane Helling） 在格拉茨告诉我，我们已经从纯粹的探测移动到已经改变我们的大气层化学和物理学的理解的特征化。她说，我们正在研究这些行星的化学成分、它们的热力学和它们的风场。海林说，现在已经观测上证明了这些行星有非常复杂的大气层化学成分。

扩展的大气层

海林说，这些气态巨行星是最容易来观测的，它们的有极好扩展的大气层，因此我们能从这些气态巨行星大气层的每个部分获得信息。她说，这帮助我们要么证明我们的模型是正确的要么如果不正确来改进它们。海林说，这些是在我们真的能了解地外岩石行星之前的第一步。

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系外地球特征化

海林说，我们今天用在气态巨行星上的光谱和大气层计算机建模工具是与我们在未来用来解释潜在系外地球的光谱相同的工具。

像詹姆斯·韦伯这样的太空望远镜已经做出了巨大的差别。

加州大学圣克鲁斯分校的行星天体物理学家乔纳森·福特尼（Jonathan Fortney）通过电子邮件告诉我，我们能探测和测量像水、甲烷、二氧化碳、氨和二氧化硫等分子的丰度以及非常热的行星中至少10个原子的丰度如钠、钾和铁。

天文学家现在能够盘点这些原子和分子并比较从行星到行星它们的组成以及它们的母星的。

福特尼说，我们现在能对 10 到 20 个行星做此操作，但我认为我们将在几年时间内对几百个行星做这个。

类似的气态巨行星能有截然不同的有不同的云或雾霾属性的大气成分。WASP-19b 位于大约 869 光年远，是热木星的一个最极端的例子，它是被称为一颗每 0.79 天环绕维拉星座中的一颗太阳一样恒星的超热木星。但这只是在那里按它们到母星的距离、它们的化学成分和它们的大小跑在全范围的数百万颗星中的一颗。

这样，如此工作需要大的样本数目

马里兰州劳雷尔的约翰·霍普金斯应用物理实验室的天体物理学家凯文·史蒂文森（Kevin Stevenson）通过电子邮件告诉我，对一颗处于它的当前状态中的热木星进行大气层测量并推断回到几十亿年它的形成需要做出很多假设。他说，但通过特征化数百颗跨不同年龄和金属性的热木星能揭示种群水平的趋势。史蒂文森说，从这些趋势我们将很快能够推断系外行星群的分明的形成和演化场景。

这些太阳系外气态巨行星跑这个全范围并是一个多样化和复杂的群体。但有希望。

史蒂文森说，多亏詹姆斯韦伯太空望远镜，当到热木星大气层时我相信我们将在未来五年内解决今天的许多杰出的秘密。

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我（Bruce Dorminey）是一名获奖的科学记者，也是《遥远的流浪者：寻找太阳系以外的行星》（Distant Wanderers： the Search for Planets Beyond the Solar System）的作者。 我主要涵盖...

https://www.forbes.com/sites/brucedorminey/2024/12/07/why-gas-giant-planets-are-a-key-to-finding-life-beyond-our-solar-system/