天文學家研究系外行星表面雲層如何阻礙收集它的重要數據


2021年,美國太空總署的下一代天文台詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope)將進入太空。 一旦開始運作,這項旗艦任務將在其它太空望遠鏡(例如:哈勃太空望遠鏡)停止後進行。 這意味著,除了研究一些最大的宇宙奧秘之外,它還會尋找可能適合居住的系外行星,並試圖刻畫它們的大氣特徵。

這是使到詹姆斯·韋伯太空望遠鏡與之前的其它太空望遠鏡有區別,因為它的高靈敏度和紅外線拍攝功能,將能夠以前所未有的方式在系外行星大氣層上收集數據。 不過,正如美國太空總署最近支持的一項研究顯示,擁有濃厚大氣層的行星也可能具有廣泛的雲層覆蓋,這可能使收集某些最重要數據變得複雜。

多年以來,天文學家通過監視遙遠恆星的光度下降,使用了透射光度法(transit photometry)來探測系外行星。該方法證明對確定某些行星的大氣成分很有用。當這些天體在其恆星前通過時,光穿過行星的大氣層,然後對其光譜進行分析,以查看存在那一些化學元素。

到目前為止,這種方法在觀測遠距離,環繞母星公轉的大型氣態行星時非常有用。但是,觀測到更靠近母星運行的較小岩石類地行星,將其置於恆星的適居帶(habitable zones),這超出了太空望遠鏡的能力範圍。因此,天文界一直在期待像詹姆斯·韋伯太空望遠鏡這樣的下一代望遠鏡。通過檢查穿過岩石行星大氣的光譜(一種稱為透射光譜的方法),能夠查找氧氣,二氧化碳,甲烷和其它與生命相關的跡象(稱為:生物特徵)的蹤跡。

我們知道,生命的另一個關鍵要素是水,因此行星大氣中水蒸氣的特徵是未來巡查的主要目標。但是在一項由芝加哥大學地球物理科學系博士後研究員沙地亞士·科馬切(Thaddeus Komacek)領導的新研究指出,任何具有豐富地表水的行星也可能在其大氣層中也擁有大量雲(凝結冰粒) 。

為了進行這項研究,科馬切研究團隊嘗試檢查這些雲是否會干擾試圖探測地球系外行星大氣中的水汽。由近年來在比鄰星b(Proxima b)等M型(紅矮星)恆星適居帶中發現的岩石系外行星數量眾多,因此鄰近的紅矮星將成為未來研究的重點。

【圖:歐洲南方天文台;文:節譯自芝加哥大學2020年3月18日新聞公佈】研究全文刊登在2020年1月9日出版的《天體物理學報快報》

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