行星为何有大气_美国宇航局的韦伯太空望远镜用来检查气态巨星系外行星的大气

2018年4月，美国航空航天局( NASA )发射了凌日系外行星观测卫星( TESS )。 其主要目标是确定地球大小的行星和围绕附近恒星的更大的“超地球”，进一步进行研究。 苔丝发现的最强大的工具之一是美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜。 因为观测像地球这样拥有稀薄大气的小型系外行星对韦伯来说是个挑战，所以天文学家更容易瞄准，首先是气体的巨大系外行星。

这是艺术家对木星大小的太阳系外行星HD 189733b的想象图，被母星遮挡。 天文学家用哈勃太空望远镜测定地球大气中的二氧化碳和一氧化碳。 这颗行星是“热木星”，离恒星很近，所以2.2天内就完成了轨道。 据我们所知，这个行星太热了，生命不能生存。 但是，在适当的条件下，在地球这样的世界里，二氧化碳可以显示地外生命的存在。 该观测结果表明太空望远镜能检测出化学生物示踪剂。

韦伯斯特对气体巨星系外行星的最初观测是根据他的“自主早期发表科学”计划( DD-ERS )进行的。 韦伯科学运行中心凌日系外行星项目队将进行三种不同的观测，有助于韦伯科学仪器更好地了解新的科学知识及其性能。

“我们有两个主要目标。 第一，尽快将系外行星的数据集从韦伯传送到天文界。 二是天文学家和公众为了看这个天文台是多么的强大，要做出伟大的科学。”芝加哥大学的雅各布·本恩说。

美国航空航天局艾姆斯研究中心的娜塔莉batalha补充说:“我们的团队目标是为天文界提供重要的知识和见解，有助于在有限的时间内促进太阳系外行星的研究，利用韦伯。”

过境——大气光谱

行星通过主星之前，那颗行星的光通过该行星的大气层被过滤。 大气中的分子吸收一定的波长和颜色的光。 通过把恒星的光分解成彩虹的光谱，天文学家可以检测出失去的光，确定行星大气中的分子。

为了进行这些观测，项目组选择了距离地球约780光年的木星大小的行星WASP-79b。 研究小组想测定WASP-79b的水、一氧化碳和二氧化碳的存在度。 韦伯还可能会检测出系外行星大气中未发现的新分子。

相位曲线——天气图

运行在离恒星非常近的轨道上的行星常常被潮汐锁住。 这颗行星的一面永远面向这颗恒星，另一面面向远方。 仿佛月亮的一面总是面向地球。 行星在恒星前面，你会发现它后面的温度很低。 但是，绕着恒星转，白天在视野中出现的情况越来越多。 通过观察整个轨道，天文学家可以观察这些变化(称为相位曲线)，并且可以利用这些数据将行星的温度、云和化学绘制为经度的函数。

美国航空航天局描绘的WASP-43b系外行星的不同季节水蒸气分布，该行星的轨道周期仅为20小时左右

研究人员观测到“热木星”的相位曲线WASP-43b，在20小时内围绕恒星运行。 通过观察不同波长的光，他们在不同深度对大气进行采样，可以获得更完整的大气结构图像。 “哈勃和斯皮策在这个行星上发生了巨大的意外变化”，通过韦伯，我们更加详细地了解这些变化，了解引起这种变化的物理过程。

日食——行星之光

在观察系外行星时，最大的挑战是恒星的光亮，压倒行星微弱的光。 解决这个问题的一个方法不是观察通过恒星前面的时候，而是观察消失在恒星后面的时候。 比较这两种测量方法，一种是看到恒星和行星时进行的，另一种是只看到恒星时进行的。

WASP-18b影像

这个技术最适合用红外光发光的非常热的行星。 研究小组计划研究WASP-18b，这是一颗烧到接近4800华氏( 2900 K )的行星，他们想判断是否存在氧化钛、氧化钒或其他分子的同温层。

宜居行星

最终，天文学家想利用万维网研究适合居住的行星。 韦伯特别瞄准围绕红矮星旋转的行星。 红矮星更小，更暗，更容易识别绕红矮星转动的信号。 红矮星也是银河系中最常见的恒星。

凌日系外行星调查卫星( TESS )必须在红矮星的宜居带发现十几颗行星，其中有些行星可能可以居住。 因为想知道这些行星是否有大气层，所以韦伯会告诉我。 “研究结果将大大回答我们银河系是否普遍存在适合生命存在的条件这个问题。”

詹姆斯韦伯太空望远镜将成为世界屈指可数的太空科学天文台。 韦伯解开太阳系的奥秘，向外观察其他恒星周围遥远的世界，探索我们宇宙的神秘构造和起源以及我们的位置。