韦伯望远镜发现二氧化碳₂第一次登上系外行星:这对发现外星生命意味着什么

詹姆斯·韦伯太空望远镜已经因其令人着迷的宇宙图像-又这么做了。该望远镜首次捕捉到太阳系外一颗行星大气中存在二氧化碳的确凿证据。

这一发现不仅为系外行星的形成提供了诱人的线索，而且也预示着随着韦伯研究越来越多的外星世界，未来将会发生什么。它是在预印本服务器arXiv上发布的一份手稿中报道的¹，并有望在年发表自然在未来的日子里。（自然的新闻团队独立于期刊团队。)

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这一发现显示在一个数据图中，没有韦伯之前的图像所显示的光彩星系被锁在宇宙之舞中，辐射云被锁在恒星托儿所中．但是，位于帕萨迪纳市的加州理工学院NASA系外行星科学研究所的天文学家杰西·克里斯蒂安森(Jessie Christiansen)称这些数据是“华丽的”。

这幅图或光谱揭示了太阳系外行星WASP-39b大气的详细信息，科学家称其为热木星，因为它的直径与木星相似，但它绕其恒星的轨道比水星绕太阳的轨道要近得多，因此它的温度非常高。这颗距离地球200多秒差距的行星最初是在地面观测中发现的²后来被NASA的斯皮策太空望远镜探测到，该望远镜在2003年至2020年之间运行。后者的数据表明^3.WASP-39b的大气中可能含有二氧化碳，但他们没有定论。

然后韦伯出现了。在7月10日8个多小时的时间里，红外望远镜观察到这颗行星在其恒星表面移动。在这段时间里，星光穿过行星的大气层，大气层中的各种分子吸收了特定波长的红外光。天文学家想知道，二氧化碳是否会在光谱中显示出一个能说明问题的光点。“它就在那里——只是从电脑屏幕上跳下来，”研究合著者娜塔莉·巴塔哈说。她是加州大学圣克鲁斯分校(UCSC)的天文学家，领导着韦伯的凌日系外行星早期释放科学团队。

巴塔哈不是一个人。当Christiansen看到这些数据时，她倒吸了一口冷气。“我就像，‘哦，在那儿，’”她说。“我们以前就有过类似的迹象，但这是第一次真的像‘打脸’一样被发现。”

神秘的起源

这一结果增强了人们的信心，认为韦伯将是系外行星研究的革命性成果。仅在运行的第一年，该望远镜就被委托观察76颗系外行星;在它的一生中，最终的记录可能有数百个。它将通过气体巨星和可能与地球类似的小型岩石世界的大气层进行观测。巴塔利亚说:“当我看到这个信号时，我的第一反应是，‘哇，这会成功的。’”

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但发现二氧化碳本身也令人印象深刻。“从科学的角度来看，这是非常令人兴奋的，”乔纳森·福特尼说，他是UCSC其他世界实验室的主任，也是这篇论文的合著者。我们有理由认为，一颗与木星类似的行星，由与其恒星相同的物质盘组成，其化学组成与该恒星大致相同。但在我们的太阳系不是这样的;WASP-39b也不是这样。这颗系外行星强烈的二氧化碳信号表明，它富含比通常构成恒星的氢和氦更重的元素。问题是，为什么?

“这就是故事开始变得有趣的地方，”Batalha说。有可能在WASP-39b年轻的时候，它受到了彗星和小行星的轰击，这些彗星和小行星可能会带来碳和氧等更重的元素。有趣的是，这颗系外行星似乎拥有与土星相同数量的重元素，天文学家认为土星也经历了剧烈的年轻。

或者，答案可能是WASP-39b是由其行星系统寒冷的外层区域的物质形成的，然后向内迁移。在它最后的休息点，它依偎着它的主恒星，这可能会把系外行星大气中的一些氢轰走——导致较重的元素变得更集中，并使它的二氧化碳含量比原来更丰富。Fortney、Batalha和他们的同事正在撰写四篇论文，这些论文将更详细地分析这颗行星的光谱，并探索这些可能性。

“这就像考古，”巴塔利亚说。“你试图建立一个大故事——你用分子本身作为这个故事的追踪者。”

生命的基石

在一颗行星的大气中发现二氧化碳是探测地球外生命的敲门砖。天文学家并不认为WASP-39b有能力容纳生命——它离它的恒星太近了。他们甚至不指望韦伯望远镜能在另一颗行星上找到明确的生命迹象。但是使用韦伯探测二氧化碳有助于为未来的发现奠定基础。

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天文学家认为，一颗行星大气中二氧化碳和甲烷的混合物可能是生命存在的标志——这就是所谓的生物特征。Christiansen说，WASP-39b的信号是“良好生物信号的一半”。Batalha的团队建立了一个模型，预测火星的大气中也含有水、一氧化碳和硫化氢——但很少有甲烷。

最终，探测生命可能需要一个比韦伯更先进的天文台。但是，Batalha说，“这是一个非常重要的阶段，我们需要通过，为未来的技术做好准备。”