第一顆被證實有大氣層的行星出現了

天文學家使用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST），首次探測到太陽系外一顆巖石行星的大氣層，富含二氧化碳或一氧化碳。盡管該行星可能被巖漿海洋覆蓋，無法維持生命，但對其研究可增進對地球早期歷史的了解。相關論文5月8日發表于《自然》。

55Cancri e 離恒星很近的藝術圖。圖片來源：Mark Garlick/Science Photo Library

沒有參與這項研究的美國麻省理工學院的行星科學家Sara Seager說，在類地行星周圍發現大氣層是系外行星研究的一個重要里程碑。地球稀薄的大氣層對維持生命至關重要，能夠發現類似類地行星上的大氣層是尋找太陽系以外生命的重要一步。

JWST探測到的這顆行星名為55 Cancri e，它圍繞著一顆12.6秒差距的類太陽恒星運行，被認為是一個超級地球。這顆比地球稍大的類地行星，半徑約為地球的兩倍，重量是地球的8倍多，大氣層厚度約為地球半徑的百分之幾。

55 Cancri e不適合居住的另一個原因是它離恒星很近——大約是地球到太陽距離的1/65。然而，美國噴氣推進實驗室（JPL）的天體物理學家、論文合著者Aaron Bello Arufe說，它可能是研究最多的巖石行星。它對于巖石行星來說大很多，所以比太陽系外其他行星更容易研究。

55 Cancri e經過了充分的研究，JWST于2021年12月發射后，工程師將天文臺的紅外光譜儀指向它進行測試。這些儀器可以探測行星周圍氣體吸收星光紅外波長時的化學指紋。Bello-Arufe和同事隨后決定進行更深入地挖掘，以確認這顆行星是否有大氣層。

在最近的觀測之前，天文學家已經無數次改變對55 Cancrie的看法。這顆行星于2004年被發現。起初，研究人員認為它可能是一個類似木星的氣態巨星的核心。但在2011年，斯皮策太空望遠鏡在這顆行星從其恒星前方經過時對其進行了觀測發現，55 Cancri e實際上比一顆氣態巨星小得多，密度也大得多，是一顆巖石超級地球。

幾年后，研究人員注意到，對于一顆離其恒星如此之近的行星來說，55 Cancri e的溫度比它應有的溫度低，這表明它可能有大氣層。一種假設是，這顆行星是一個被超臨界水分子包圍的“水世界”；另一種假設是，它被一個主要由氫和氦組成的膨脹的原始大氣所包圍。但這些想法最終都被推翻了。

JPL的行星科學家、論文合著者胡仁宇（音）說，一顆離恒星如此之近的行星會受到恒星風的轟擊，很難抓住大氣層中的揮發性分子。這存在兩種可能性，首先，這顆行星是完全干燥的，有一層由蒸發巖石組成的超薄大氣層；其次，它有一個由較重的揮發性分子組成的厚厚的大氣層，這些分子不容易流失。

最新數據表明，55 Cancri e的大氣中含有碳基氣體，這指向了第二種可能。Seager說，該團隊收集了大氣層的真實證據，但還需要進行更多觀測來確定其完整成分、存在氣體的相對數量及其精確厚度。

美國斯坦福大學的行星地質學家Laura Schaefer有興趣了解55 Cancri e的大氣層如何與行星表面下的物質相互作用。他說，大氣仍有可能被恒星風侵蝕，但巖漿海洋中巖石的融化和釋放可能會補充氣體。

“地球可能至少經歷了一個巖漿-海洋階段，也許是幾個。”Schaefer說，“擁有巖漿海洋的實際例子可以幫助我們了解太陽系的早期歷史。”

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07432-x