“韦布”发现温度接近地球的罕见巨行星
艺术家笔下的气态巨行星。
本报讯 天文学家利用美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST），对一颗罕见巨行星的大气层进行了近距离观测，发现这颗行星的温度与地球惊人地相似。根据5月20日发表于《天文学杂志》的一项研究，这颗名为TOI-199b的行星大小与土星相当，其大气中含有甲烷。
这一发现之所以引人注目，是因为巨行星通常是在极端温度下存在的。在太阳系中，木星和土星非常寒冷，这是因为它们的轨道距离太阳很远。而在太阳系外发现的许多巨行星都是“热木星”，它们距离母星非常近，表面温度高达数千摄氏度。
TOI-199b介于两者之间，是目前已知的为数不多的“温带”巨行星之一。“自1992年发现第一颗系外行星以来，天文学家已经发现了数千颗系外行星，但‘温带’巨行星却寥寥无几。”研究团队负责人、美国宾夕法尼亚州立大学的胡仁宇（音）表示，这是科学家首次对一颗系外巨行星的大气进行如此详细的研究。
这一发现有助于科学家改进行星及其大气层的形成与演化模型，并可能为了解地球大气层提供新见解。“研究系外行星的一大好处是能够对许多不同类型的行星进行研究，尤其是那些在太阳系中看不到的行星，从而了解行星系统是如何形成和演化的。”胡仁宇说。
TOI-199b围绕一颗距离地球330多光年的恒星运行，大约每100天完成一次公转。据估计，这颗行星的温度约为79.4摄氏度。虽然按照日常标准来看，它仍然很热，但比迄今研究过的大多数巨行星要冷得多。在地球上，阳光直射下的汽车内部很容易上升至类似的温度。换言之，TOI-199b的温度要远低于“热木星”，同时也比太阳系中的冰冻气态巨行星要暖和得多，后者的温度可以低至零下几百摄氏度。
为研究TOI-199b的大气层，研究人员采用了一种名为“透射光谱法”的技术。利用这种技术，当行星从恒星前方经过时，天文学家能够通过望远镜研究穿过行星大气层的恒星光线。
JWST将恒星的光分解为不同波长，类似于棱镜将白光分解成彩虹的方式。“当一颗行星从母星前方经过时，部分恒星光线会穿过行星大气层，并与大气中的元素和分子发生相互作用。”论文第一作者、NASA喷气推进实验室（JPL）的Aaron Bello-Arufe说，“特定元素会吸收特定波长的光，从而在JWST探测到的光谱中形成一种‘指纹’，反映出大气层的组成。”
研究人员首先进行了约20个小时的连续观测，以确定这颗恒星光线的基准测量值。行星“凌星”现象持续了约7个小时，比“热木星”“凌星”现象要长得多，后者通常仅持续1小时或更短。随后，研究人员将其间记录的光谱与基准测量数据进行了对比。通过分析差异，他们确定了哪些波长被行星大气层吸收，从而识别出大气中存在的气体。
“我们发现大气层阻挡了被甲烷吸收的星光波长。”Bello-Arufe说，“‘温带’气态巨行星的成分模型曾预测它们含有甲烷，这也证实了我们的理论是正确的，令人很欣慰。”
除甲烷外，观测结果还暗示了氨和二氧化碳的存在。“通过对这颗行星进行更多观测，我们可以确定其大气中各种气体的相对丰度。”胡仁宇说。
胡仁宇表示，对“温带”巨行星“首次研究”取得的成功，让他们有信心投入更多资源和观测时间来研究其他类似的行星。“到时候我们就能判断TOI-199b是独一无二的，还是呈现了此类行星的共同特征。”（文乐乐）
相关论文信息：
https://doi.org/10.3847/1538-3881/ae4fba