韦伯太空望远镜揭示系外行星WASP-96b的大气光谱

炽热气体巨行星WASP-96 b环绕光谱分类为G8的类太阳恒星WASP-96公转，韦伯太空望远镜捕捉到WASP-96 b大气中水的光谱特征，以及云和雾霾等证据。 这是迄今为止同类观察中最详细的光谱资料，展示韦伯太空望远镜观测数百光年外系外行星大气的能力，同时也代表在探索地球以外潜在的适居行星方面取得了巨大的飞跃。

WASP-96 b是银河系中5000多颗已确认的系外行星之一。 它位于凤凰座，距离我们约1，150光年，直径是木星的1.2倍，质量却不到木星的一半，温度超过 1000°F（538°C）。 WASP-96 b的公转轨道非常靠近它的母恒星WASP-96，只有水星和太阳之间距离的九分之一，公转周期3.5天。 体积大、公转周期短、密度小的大气以及附近没有天体的“光污染”，使得WASP-96 b成为观测大气的理想目标。

韦伯太空望远镜的近红外成像仪暨无狭缝光谱仪（Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph， NIRISS）能够检测到仅约千分之一微米的色差（绿光和黄光之间的色差约为千分之50微米），以及这些色光之间百万分之几百的亮度差异。

6月21日，NIRISS在WASP-96 b经过WASP-96前时，持续6.4 个小时侦测星光的亮度变化。 结果显示WASP-96的亮度在“行星凌日”期间整体变暗。 且与WASP-96的原始光谱作比较，星光穿过WASP-96 b的大气后，波长在0.6和2.8微米之间的红外光亮度有变化，透射光谱显示某些特征波长的红外光被大气分子吸收。 就像每个人拥有独特的指纹和DNA序列一样，原子和分子也具有它们独特的吸收特征波长，研究人员根据这些特征波长检测行星大气中关键气体的丰度。 透射光谱揭示了WASP-96 b前所未见的大气细节：水的明确特征、雾霾的迹象、以及根据先前的观察被认为不存在的云。

图说：WASP-96 b“行星凌日”时，WASP-96的相对亮度变化

虽然哈伯太空望远镜在过去的二十年中分析了许多系外行星的大气层，并在 2013年首次探测到水。 但是NIRISS捕获的WASP-96 b透射光谱不仅是迄今为止最详细的系外行星大气中近红外光光谱，而且还涵盖了非常宽的波长范围，包括红光和部分以前无法从其他望远镜获得的波段（波长超过1.6微米）。 这部分的波段对水以及其他关键分子，如氧、甲烷和二氧化碳等特别灵敏，但是这些关键分子在WASP-96 b透射光谱中并不明显，但在韦伯太空望远镜计划观察的其他系外行星中应该可以检测到。

图说：蓝线是最佳拟合曲线，参考了WASP-96 b及其母恒星的特性（如大小、质量、温度）之观测数据，所呈现的大气特征。

研究人员将能够使用光谱测量大气中的水气量，以及碳和氧等等各种元素的丰度，并估计随深度（高度）变化的大气温度。 研究人员还可以使用这些光谱信息来推断行星的整体结构，以及行星的形成方式、时间和地点。

通过同时分析在观测中获得的280个单独的光谱所制成的极其详细的光谱，提供了韦伯太空望远镜对于系外行星研究所具有的能力。 在接下来的一年里，研究人员将使用光谱分析数十个系外行星的表面和大气，从小型的岩质行星到富含气体和冰的巨行星。 韦伯太空望远镜第1周期观测时间将近四分之一用于研究系外行星及其组成成分。 （编译/施欣岚）

资料来源：NASAs

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