WASP-39b是什么？

　　WASP-39b發現于2011年，位于處女座，是一顆熱氣體巨星，質量大約是木星的四分之一，和土星差不多重，直徑是木星的1.3倍。它的極度膨脹部分與它約900攝氏度的高溫有關。與太陽系中更冷、更緊湊的氣體巨星不同，WASP-39b的軌道離它的恒星非常近，大約只有太陽和水星之間距離的八分之一。在4個地球日多一點的時間內，WASP-39b就能完成一圈公轉。

　　WASP-39b總是用相同的一面對著它的恒星。它的日側溫度高達776.7攝氏度，而強大的風從白天面輸送熱量，使黑夜面幾乎同樣熱。此前，包括NASA的哈勃和斯皮策太空望遠鏡在內的其他望遠鏡的觀測結果顯示，WASP-39b的大氣層中存在水蒸氣、鈉和鉀。其中水含量是土星的三倍。而在2022年7月，它成為詹姆斯·韋伯太空望遠鏡研究的第一顆系外行星。

　　為什么韋伯望遠鏡研究團隊將WASP-39b作為第一個觀察對象？因為像它這樣的凌日行星，可供觀測的軌道是面朝上的，這為研究人員探測行星大氣層提供了理想的機會。在凌日過程中，有些星光被行星完全遮蔽，導致整體變暗，而有些則通過行星的大氣層傳播。由于不同的氣體吸收不同的顏色組合，研究人員可以通過分析透射光在不同波長光譜上的亮度差異來確定大氣的確切組成成分。WASP-39b既有膨脹的大氣，又有頻繁的凌日現象，是透射光譜研究的理想目標。

　　關于二氧化碳的重大發現

　　韋伯望遠鏡對大部分被地球大氣層阻擋的紅外波長很敏感，能將宇宙中最遙遠的恒星和星系帶入天文學家的視野。對于研究銀河系中其他恒星系統的科學家而言，韋伯望遠鏡的紅外靈敏度至關重要。在此之前，還沒有天文臺在系外行星的透射光譜中測量過如此多的顏色在3到5.5微米范圍內的亮度差異。獲取這部分光譜對于測量諸如水、甲烷以及二氧化碳等氣體的豐度至關重要，這些氣體被認為存在于許多不同類型的系外行星中。

　　通過使用韋伯的近紅外攝譜儀（NIRSpec）對WASP-39b進行觀測，研究小組發現在這顆系外行星的大氣光譜中，一個4.1到4.6微米的“小山丘”首次提供了清晰、詳細的證據，證明在太陽系以外的行星上發現了二氧化碳。“數據一出現在我的屏幕上，巨大的二氧化碳特征就抓住了我。”約翰·霍普金斯大學的研究團隊成員扎法爾·魯斯坦庫洛夫（Zafar Rustamkulov）提到，“這是一個特殊的時刻，跨越了系外行星科學的一個重要門檻。”

　　韋伯望遠鏡團隊成員、芝加哥大學的雅格布·畢恩（Jacob Bean）表示，即使基于一次穿越恒星的原始數據，都能發現二氧化碳的光譜下降“就像一個疼痛的拇指一樣顯眼”。他補充道，以前曾有過一些對這種氣體的初步探測，但沒有一個經得起仔細審查，而韋伯的這次光譜“大小正確，形狀正確，位置也正確”，“二氧化碳突然冒出來了”。24日，畢恩和他的同事在論文張貼在預印論文網站（preprint server arXiv）上報告了這一結果，這也將被發表在《自然》雜志上。

　　馬克斯普朗克天文研究所（Max Planck Institute for Astronomy）的研究小組成員勞拉·克雷德伯格（Laura Kreidberg）提到，在接下來的幾個月里，研究小組將公布這顆行星的從光學到中紅外的全部光譜，并“對它的大氣層進行完整的化學調查”。

　　未來發現外星生命的可能？

　　發現二氧化碳是有價值的，因為它可以展現一顆行星的“金屬豐度”。宇宙大爆炸產生的氫和氦是宇宙中所有可見物質的起始物質，但任何較重的物質都是后來在恒星中形成的。研究人員認為，充足的重元素供應對創造巨型行星至關重要。當行星從圍繞一顆新恒星的圓盤狀物質中形成時，較重的元素形成固體顆粒和鵝卵石，這些顆粒和鵝卵石聚集在一起，形成一個固體核心，最終大到足以用自身引力吸引氣體，并成長為一個氣體巨星。

　　加州大學圣克魯茲分校研究小組的負責人娜塔莉·巴塔利亞（Natalie Batalha）表示：“在WASP-39b上探測到如此清晰的二氧化碳信號，預示著將在較小的類地行星上探測到大氣。了解一顆行星的大氣層組成很重要，因為它能告訴我們行星的起源和演化過程。”該研究小組的另一名成員邁克·萊恩（Mike Line）提到：“二氧化碳分子是行星形成過程的敏感示蹤劑，通過測量這一二氧化碳特征，我們可以確定有多少固體和多少氣態物質形成了這顆氣態巨行星。在未來的十年中，JWST將對各種行星進行這種測量，為深入了解行星如何形成和我們太陽系的獨特性提供細節。”

　　根據WASP-39b上的二氧化碳信號，研究小組估計該行星的金屬豐度與土星大致相同。更值得注意的是，WASP-39b的質量也與土星大致相同。畢恩強調，盡管這些行星的軌道非常不同，但它們有一些共同點，“我們能找到這兩件物品的共同故事嗎？我還不知道。”

　　蘇德漢表示，有了韋伯望遠鏡，發現“重要的化學物質將成為常態，而不是例外”。他預測，當韋伯開始研究距離地球較近的、溫度較低的行星時，將會有一些真正的驚喜——也許一些氣體可以表明這些行星是否適合生命存在。

　　新聞來源：科學、NASA官網、Exoplants，部分圖片來源于網絡