Webb 允许研究人员使用新的方法在遥远行星上发现大气层

研究人员利用新方法在遥远行星上发现大气层

天文学家的一个重要目标是寻找除地球外可能适合生命存在的行星。确定一颗行星是否具有大气层是许多科学家认为至关重要的因素之一。

芝加哥大学的博士研究生乔雪和雅各布·比恩教授的团队进行的一项研究表明，他们展示了一种确定遥远系外行星是否有大气层的新方法，而这种方法相对于以往的方法来说更简单、更有效。

这项新技术在应用于更多行星时，有潜力帮助我们了解大气形成的模式。该论文发表在《天体物理学通讯》杂志上。

随着詹姆斯·韦伯空间望远镜今年的启用，当我们观察到足够多的数据时，我们希望能够发现一些趋势，帮助我们更好地理解大气层的形成，以及什么使行星适合居住。” 乔雪表示。

## 大气层的探索

科学家试图了解遥远行星上的条件时，他们想知道一颗行星是否具有大气层——这是一种维持行星温度的气体层。例如，地球的大气层重新分配了太阳的热量，保持了适宜生命存在的温和环境。

然而，科学家们无法直接观测靠近恒星的岩石状类地行星。相反，他们必须拼凑不同的线索，如行星围绕其母星运动时光的波动。

在这项研究中，科学家们使用了2019年由比恩和梅根·曼斯菲尔德（现任亚利桑那大学博士）等人提出的一种查找大气层的方法。这种方法利用了系外行星在最热点的温度与理论上可能的最高温度之间的差异。

由于大气层会将热量分散到行星的整个表面，从而降低行星最热边的温度（即直接面向恒星的一侧）。科学家们假设如果一个系外行星的实际温度没有达到其理论上可能的最高温度，那么我们可以推断它具有起到这一功能的大气层。

然而，问题是我们缺乏精确的仪器来提供这些温度的准确读数。詹姆斯·韦伯空间望远镜改变了这一情况——它提供了更强的红外能力，使科学家们通过测量行星辐射的能量强度来记录行星的温度。

当系外行星横穿恒星前方时，它们会挡住一部分恒星的光线，导致恒星的可测亮度略微下降。当行星相对于我们的观测设备几乎位于恒星后方时，我们可以捕捉到系统的最大亮度——即未被遮挡的恒星光与行星较少的光的组合。

当行星相对于我们的视角位于恒星后方时，我们可以记录恒星单独发出的光。通过将这一光线测量值从恒星光与行星光的组合的测量值中减去，可以推断出行星自身的亮度——从而得出行星的温度。

乔雪得出结论：她应用这种新方法的第一个行星GJ1132 b没有大气层——行星的测得温度与其理论最高温度非常接近，这并不能暗示行星上有任何调节温度的组分。“因此，它不是一个适合生命存在的候选行星，”她说。

这种新方法并不是确定系外行星是否具有大气层的唯一方法，但它是一种更简单、更可靠的搜索具有大气层的遥远行星的方法。乔雪解释说，它比其他技术更不容易产生错误的否定和肯定结果。

“另一种测量光线穿过行星大气层的技术更具挑战性，因为它可能会受到恒星活动和云层的影响，” 比恩说。

如果科学家能够理解是什么导致行星上出现大气层，那么在寻找能够维持生命的系外行星时，排除不适宜居住的行星将更容易。

“这项研究令人兴奋，因为我终于有机会研究岩石行星，这是每个系外行星科学家梦寐以求的研究对象，因为它们对生命有巨大潜力，” 乔雪说。“现在我非常期待接下来会发生什么。”