天文學(xué)家使用美國國家航空航天局的詹姆斯·韋布空間望遠鏡（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(guān)論文5月8日發(fā)表于《自然》。

未參與這項研究的美國麻省理工學(xué)院行星科學(xué)家Sara Seager說，在類地行星周圍發(fā)現(xiàn)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(guān)重要，發(fā)現(xiàn)類地行星上的大氣層是尋找太陽系外生命的重要一步。

JWST探測的這顆行星名為55 Cancri e，它圍繞一顆類太陽恒星運行，被認為是一顆超級地球。這顆比地球稍大的類地行星，半徑和重量分別約為后者的兩倍和8倍，大氣層厚度則為其半徑的百分之幾。

55 Cancri e不適合居住的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）天體物理學(xué)家、論文作者之一Aaron Bello-Arufe說，它可能是被研究最多的巖石行星——相對于其他巖石行星，55 Cancri e要大得多，因此比其他系外行星更容易研究。

JWST于2021年12月發(fā)射后，工程師將其紅外光譜儀指向55 Cancri e進行測試。這些儀器可以探測行星周圍氣體吸收恒星紅外波長時的化學(xué)指紋。Bello-Arufe和同事隨后決定進行更深入的分析，以確認這顆行星是否有大氣層。

此前，天文學(xué)家已經(jīng)多次改變了對55 Cancri e的看法。這顆行星于2004年被發(fā)現(xiàn)，起初，研究人員認為它可能是一顆類似木星的氣態(tài)巨行星的核心。但在2011年，斯皮策太空望遠鏡在這顆行星從其恒星前方經(jīng)過時進行了觀測，發(fā)現(xiàn)55 Cancri e實際上比一顆氣態(tài)巨行星小得多，密度則大得多，是一顆“超級地球”。

幾年后，研究人員注意到，對于一顆離母星如此近的行星來說，55 Cancri e的溫度比它應(yīng)有的溫度要低，表明它可能有大氣層。一種假設(shè)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(shè)是，它被一個主要由氫和氦組成的膨脹的原始大氣層所包圍。但這些想法最終都被推翻了。

JPL的行星科學(xué)家、論文合著者胡仁宇（音）說，一顆離恒星如此近的行星會受到恒星風的轟擊，很難抓住大氣層中的揮發(fā)性分子。這存在兩種可能性，一是這顆行星是完全干燥的，有一層由汽化的巖石組成的超薄大氣層；二是它有一個由較重的揮發(fā)性分子組成的厚重的大氣層，因而不容易流失。

最新數(shù)據(jù)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(jù)，但還需要進行更多觀測以確定其完整成分、存在氣體的相對數(shù)量及其精確厚度。

美國斯坦福大學(xué)行星地質(zhì)學(xué)家Laura Schaefer對了解55 Cancri e的大氣層如何與行星表面下的物質(zhì)相互作用很感興趣。他說，大氣層仍有可能被恒星風侵蝕，但巖漿海洋中熔化的巖石和釋放的氣體可能會對其進行補充。

“地球至少經(jīng)歷了一個巖漿-海洋階段，也許是幾個?！盨chaefer說，“擁有巖漿海洋的行星可以幫助我們了解太陽系的早期歷史?！?/p>

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