詹姆斯·韦伯太空望远镜在奇异轨道上偵探寒冷的外星世界：“迄今为止我们已經成像的最冷、最古老、最暗淡的行星之一”

By Sharmila Kuthunur published 13 hours ago

Exoplanets

 “赫库利斯14c是迄今为止我们已經成像的最冷、最古老、最暗的行星之一。”

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在赫库利斯14系統内行星的轨道。 (Image credit: Deion Desir/AMNH/OpenSpace)

天文学家周二（6月10日）宣布，詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）已經獲得了另一个里程碑，捕捉一个与我们不同的太阳系中一颗遥远的寒冷的行星的直接图像。

这颗名为14 Herculis c简称14 Her c的系外行星環绕一颗距离地球约60光年位于大力神星座的太陽一樣恒星。在新的詹姆斯·韦伯太空望远镜图像中，它出現為一个微弱的、模糊的橙色点，它的颜色是來自它的大气層的热辐射转化为可见色调的结果。

天文学家估计14 Her c形成于大约40亿年前，有一個仅为26华氏度（-3摄氏度）的大气温度。

14 Her c在距离约为14亿英里（22亿公里）或大约是比地球离太阳距离更遠15倍環绕它的恒星。如果被放置在我们的太阳系中，它會位于土星和天王星之间。

这张係外行星14 Herculis c的照片被美国国家航空航天局詹姆斯·韦伯太空望远镜上的近红外相机（NIRCam）仪器拍摄。一個星符号标记了主星14赫库利斯的位置，它的光线已被近红外相机上的日冕仪阻挡（此处显示为白色轮廓的黑圈）。 (Image credit: NASA, ESA, CSA, STScI, W. Balmer (JHU), D. Bardalez Gagliuffi (Amherst College))

但与我们太阳系中行星的平坦的、很有序的轨道不同，14赫库利斯系統被急劇的錯對齊。它的两颗已知行星包括14 Her c相對彼此以约40度的角度環繞，圍繞它们的恒星創造一个“X”形的交叉模式。

巴尔默说，这种不寻常的布局可能已經被一個第三颗大质量行星从系统甩出造成，把剩下的两颗行星扔進一個引力的湍流的“行星拉锯战”。

他说：“这些擺動在很长一個时间尺度上出現是稳定的。我们正试图了解什么样的行星-行星散射可能产生如此一個異域的轨道結構” 。

这种不稳定性原來對巴尔默团队是一個科学优势。在近6000颗已知的系外行星中，只有一小部分已經被直接成像。

巴尔默说：“做这個技术上非常挑战的”。他说，在某些案例中行星比它们環繞的恒星照耀数千倍甚至数百万或数十亿倍更暗，因此它们“就像灯塔旁边的萤火虫一樣”。

大多数直接成像的系外行星都是热的、年轻的发射足够的红外光从它們的宿主恒星的强眩光脱颖而出的气态巨行星。相比之下，像14 Her c这样的更冷和更老的行星通常遠太暗不能探测到。

然而，巴尔默说这颗行星的倾斜、偏离轨道的轨道“对直接成像个偉大消息，我们可以有信心的预测詹姆斯·韦伯太空望远镜可以分辨系统中最外层的行星” 。

巴尔默和他的团队用望远镜的被稱爲日冕仪专用星光封鎖装置，成功地隔离了这颗行星的微弱红外辉光。

巴尔默在一份声明中说，“我们现在能够在目录中添加比我们在韦伯之前已經直接看到的遠更冷的老系外行星”。

基於14 Her c的被估计约为40亿嵗的年龄，它的质量约为木星的7倍以及行星如何演化的计算机模型，研究人员预计这颗行星出現比它实际上在詹姆斯·韦伯太空望远镜图像中的更亮或發射更多的热。

巴尔默说：“这颗行星实际上比我们预期的重要的更暗，然而，我们不认为这是一個演化模型的问题” 。

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巴尔默说，詹姆斯·韦伯太空望远镜在探测這個世界的大气層时检测到甲烷會典型的被預期到温度地方的二氧化碳和一氧化碳，这提示强烈的上升气流将热气体从大气層深处携带到更冷的上层。这些气体，可能得一道有薄薄的冰云减少了逃逸進太空的热，使這顆行星出現比预期的更冷、更暗。

借助14 Her c，天文学家已經拓寬了他们能研究的系外行星的范围。通过檢查有不同质量、温度和轨道历史的行星，科学家们希望獲得一個行星系统包括我们自己的如何形成和演化的更深了解。

巴尔默说：“我们要了解这些行星如何变化，因为我们要了解我们如何到达这里的”。