詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 今天宣布了一项早期且令人兴奋的科学成果：首次明确探测到系外行星大气中的二氧化碳。 这是在太阳系外的行星上首次检测到二氧化碳的详细证据。
这颗行星被命名为 WASP-39b，是一颗热气巨星，质量约为，位于 700 光年外一颗类太阳恒星的非常近的轨道上。
这颗行星于 2011 年由WASP（广角行星搜索）联盟当行星凌日或经过其主恒星前方时，使用地面望远镜进行观测。
随后哈勃和斯皮策太空望远镜对这颗系外行星的观测发现，其大气层中含有大量水蒸气，以及钠和钾。 但现在，JWST 无与伦比的红外灵敏度已经证实了这个星球上也存在二氧化碳。
“我们无法明确识别 CO 的原因2之前在 WASP-39 b 的大气层中，我们从未拥有过能够产生正确波长范围内的光谱的望远镜，”说马里兰大学天文学副教授伊丽莎·肯普顿 (Eliza Kempton) 是做出这一发现的研究小组的成员。
“这一发现向我们表明，韦伯正在兑现其成为天文观测变革设施的承诺。”
“这也是一项无与伦比的开放科学实验，我们对此感到非常自豪，”该团队领导者、加州大学圣克鲁斯分校的娜塔莉·巴塔利亚 (Natalie Batalha) 说。
“来自世界各地的 300 多名科学家正在参与，”她在推特上说。
该团队的论文现已发布在 arXiv 上，但它也已被接受出版自然并应于下周在线发布。
作为碳循环的一部分，二氧化碳自然存在于地球大气中，但人类活动的排放量也在不断增加。 科学家认为寻找CO2在另一个世界的大气层中进行探测是寻找外星生命化学生物示踪剂的重要一步。
研究系外行星大气是 JWST 备受期待的研究领域之一。 研究小组使用该望远镜的近红外光谱仪（NIRSpec）对 WASP-39 b 进行观测。
肯普顿在一份新闻稿中表示，他们收到了该光谱的早期版本——在任何人标记其特征之前——并且二氧化碳的存在立即显而易见。
“对于像我这样以模拟系外行星大气为生的人来说，光谱的形状是显而易见的，”她说。
“这与之前所有的系外行星大气观测非常不同，在这些观测中，我们通常会经历一个更加复杂的过程，将许多不同的可能的大气模型与数据进行比较，以说服自己我们已经检测到了特定的原子或分子。对于韦伯观测WASP-39 b，CO2只是坐在那里，在众目睽睽之下，挥手说：“你好！” 我在这！'”
这颗系外行星大气层的光谱显示出一座 4.1 至 4.6 微米之间的小“山丘”。 肯普顿解释说，之前没有其他天文台在系外行星透射光谱中测量过 3 至 5.5 微米范围内如此多的单个颜色的亮度如此细微的差异。
新闻声明称：“获取这部分光谱对于测量水、甲烷以及二氧化碳等气体的丰度至关重要，这些气体被认为存在于许多不同类型的系外行星中。”说。
2022 年 7 月 10 日，JWST 观测了 WASP-39 八个小时，测量了它的亮度，并等待它被 WASP-39b 行星遮蔽。 这与 NASA 的开普勒和 TESS 任务寻找系外行星所使用的凌日技术相同，但有一个关键的区别，Batalha推特上解释了。
“开普勒和 TESS 观察‘白光’中的凌日现象，而 JWST 可以同时观察数百种颜色的凌日现象。JWST 可以做到这一点，因为它配备了光谱仪，可以将白光传播成红外彩虹色，”她说。
“在 WASP-39 b 上检测到如此清晰的二氧化碳信号对于检测较小的类地行星上的大气层来说是个好兆头。”
在凌日期间，一些星光被行星完全遮挡，导致星光变暗。 但有些光是通过行星的大气层传播的。
由于不同的气体吸收不同的颜色组合，研究人员可以分析整个波长光谱中透射光亮度的微小差异，并准确确定大气的成分。
WASP-39 b 的轨道非常靠近其恒星——大约只有太阳与恒星之间距离的八分之一。– 在四个地球日多一点的时间内完成一次轨道飞行。 凭借其已知的大气层和频繁的凌日，该团队知道 WASP-39 b 是一个理想的早期目标。
“看到 ESA NIRSpec 仪器在任务初期就产生了如此令人难以置信的数据，真是令人惊讶，因为我们知道我们仍然可以继续改进数据质量，”说Sarah Kendrew，巴尔的摩太空望远镜科学研究所的 ESA Webb MIRI 仪器和校准科学家。
詹姆斯韦伯太空望远镜团队表示，了解行星大气层的成分很重要，因为它告诉我们一些有关行星起源及其演化的信息。
“第一次看到这些数据就像读一首完整的诗，而之前我们只有每三个单词一个，”添加德国海德堡马克斯·普朗克天文研究所的团队成员劳拉·克雷德伯格 (Laura Kreidberg)。
“这些初步结果只是一个开始；早期发布的科学数据表明韦伯表现出色，更小、更冷的系外行星（更像我们自己的地球）就在它的范围内。”
该团队希望这个早期版本能够并鼓励其他团队协作并共享 JWST 现在开始生成的大量数据。
“我们的目标是快速分析早期发布的科学观测结果，并开发供科学界使用的开源工具，”解释了来自英国牛津大学的 Vivien Parmentier。
“这使得来自世界各地的贡献成为可能，并确保从未来几十年的观察中得出最好的科学成果。”
