系外行星Wasp-39b的插图，也被称为“热土星”。

系外行星WASP-39b(艺术家的印象)在组成上与土星相似。图片来源:科学图片库/Alamy

詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)提供了迄今为止最详细的系外行星信息，使其成为太阳系中仅次于八大行星的我们最了解的世界。对这颗名为WASP-39b的行星的观测显示，它的大气中有一种有趣的化学反应，并提供了关于它的形成的线索。

“我们以前研究过很多行星，”德国海德堡马克斯·普朗克天文研究所(MPIA)主任劳拉·克雷德伯格(Laura Kreidberg)说，她也是观测小组的一员。“但我们从未见过这样的数据集。”该团队发表了五篇论文1，2，3.，4，511月22日在arXiv预印本服务器上的调查结果。

WASP-39b是一颗“热木星”，距离地球215秒差距(700光年)。这颗气态巨行星的质量约为木星的三分之一，但成分更接近土星。它围绕主星公转的时间仅为4个地球日，距离主星的距离是水星与太阳距离的8倍，温度接近900ºC，令人难以置信。这样的接近，以及随之而来的亮度，使这颗行星不适合我们所知道的生命。Kreidberg说，但这也使它成为JWST在其运行寿命的早期阶段进行观察的“完美目标”，使其能够测试其系外行星的能力。

望远镜,2021年12月推出他在7月份观测了这颗行星40多个小时。初步结果显示，火星大气中含有二氧化碳。这是第一次在系外行星上发现这种气体。

惊讶的是化学

JWST利用它的三个仪器，能够观察到行星的恒星通过WASP-39b大气层时发出的光，这一过程被称为透射光谱。这使得一个由300多名天文学家组成的团队，除了二氧化碳之外，还探测到了火星大气中的水、一氧化碳、钠、钾等物质。这使得这颗行星的组成与土星相似，尽管它没有可探测到的环。

研究小组还惊讶地发现了二氧化硫，它在早期的观测数据中出现了一个神秘的凸起。它的存在表明，当来自恒星的光照射到它时，大气中正在发生光化学反应，类似于太阳在地球大气中产生臭氧的过程。以WASP-39b为例，它的恒星比太阳略小，来自恒星的光将其大气中的水分解成氢和氢氧根，氢氧根与硫化氢反应生成二氧化硫。

西雅图华盛顿大学的天文学家维多利亚·梅多斯说:“这些光谱的细节非常精致，揭示了恒星通过光化学作用影响行星大气成分的另一种方式。”

“光化学，因为它在地球上是一个如此重要的过程，可能在其他潜在的宜居行星上也是一个重要的过程，”雅各布·宾说，他是伊利诺伊州芝加哥大学的天文学家，也是观测小组的联合领导。到目前为止，“我们只能测试我们对太阳系光化学的理解。但围绕其他恒星的行星让我们有机会接触到完全不同的物理条件。”

行星迁移

结果还显示，火星上的碳氧比很低。英国华威大学天文学家伊娃-玛丽亚·阿勒(Eva-Maria Ahrer)说，这表明WASP-39b以冰的形式吸收了大量的水，可能是在它处于不同的位置时形成的，而且它在太阳系的更远处形成，可能与木星围绕太阳的“位置”相当。她是其中一篇论文的主要作者3.。

热木星的这种向内迁移是可以预料的，这可以解释它们与恒星之间的距离。目前尚不清楚的是，这是一个可能持续数千万年的缓慢过程，还是来自另一颗行星或恒星的引力“推”的结果。了解WASP-39b的组成可以帮助天文学家确定发生了哪种情况。

这颗行星被潮汐锁定在它的恒星上，由于它们之间巨大的引力，同一面总是指向它。观测结果表明，它有不完整的云层覆盖——这是天文学家以前从未在系外行星上观测到过的。比恩说，在黑夜和白天的边界，地球“只有大约60%被云覆盖”——也许是因为云在到达较热(白天)的一侧时蒸发，在到达较冷的一侧时凝结。

基准的星球

JWST在去年7月开始的第一年观测了大约70颗系外行星。宾说，WASP-39b为这些研究提供了一个“基准”。研究小组希望在未来几个月研究的行星包括TRAPPIST-1系统中的行星，在这个系统中，一颗小红矮星被7个地球大小的世界环绕，其中一些可能通过透射光谱揭示出可能适合居住。

瑞士伯尔尼大学的系外行星科学家休·奥斯本(Hugh Osborn)说:“这表明，在深入研究系外行星大气时，JWST和我们希望的一样强大。”

今年12月，该望远镜将观测到一颗名为WASP-43b的行星完成环绕其恒星的完整轨道，持续一个地球日。这将揭示地球气候和化学的前所未有的细节。“我们认为这颗行星的夜晚面可能有非常厚的云层，”Kreidberg说。“我们希望确定云的组成成分。这将是非常壮观的。”