最近的研究發現了褐矮星大氣中的氨同素異形體，這標誌著天文學的重大進步。詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）的這項發現為氣態巨行星和系外行星的形成提供了新的視角，對現有理論提出了挑戰，並強調了引力坍縮等替代過程。

詹姆斯-韋伯太空望遠鏡在一顆褐矮星中探測到氨的同素異形體，為氣態巨行星和系外行星的形成提供了突破性的見解，揭示了潛在的替代形成過程。

它們揭示了 Fred和化石的年齡，並可作為醫學診斷工具。同位素和同位素同系物–僅在同位素組成上有差異的分子–在天文學中也發揮越來越重要的作用。例如，根據系外行星大氣中碳-12（12C）和碳-13（13C）同位素的比例，科學家可以推斷系外行星繞中心恆星的距離。

迄今為止，結合在一氧化碳中的12C 和13C 是系外行星大氣中唯一可以測量的同位素。現在，一個研究小組成功地在一顆冷褐矮星的大氣中探測到了氨的同位素。研究小組剛剛在《自然》（Nature）雜誌上報告說，氨可以以14NH3 和15NH3 的形式測量。天文物理學家Polychronis Patapis和Adrian Glauser參與了這項研究，他們是物理系和國家行星研究中心（NCCR）的成員，Patapis是第一作者之一。

褐矮星WISE J1828 的藝術印象，它是太陽系外已知最冷的氣態巨行星之一。它的大氣層主要吸收水、甲烷和氨蒸氣。資料來源：蘇黎世聯邦理工學院/Polychronis Patapis

褐矮星介於恆星和行星之間：它們在許多方面都與巨型氣態行星相似，這就是為什麼它們可以被用作研究氣態巨行星的模型系統。在他們的工作中，帕塔皮斯及其同事觀測到了一顆名為WISE J1828 的褐矮星，它距離地球32.5 光年；在夜空中，它位於天琴座。

肉眼無法看到WISE J1828：它的有效溫度（即黑體的溫度，黑體發射的能量與被觀測物體相同）僅為100°C，對於發生氫聚變並將光一路傳送到地球來說，它實在是太冷了。為了發現這顆Y 光譜級的超冷矮星，詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）的鏡面在去年夏天轉向了琴琴座的方向。

詹姆斯-韋伯太空望遠鏡插圖。資料來源：諾斯羅普-格魯曼公司

中紅外線儀器（MIRI）是安裝在JWST上的紅外線偵測器，它使得揭示WISE J1828上的氨同素異形體成為可能。在4.9 到27.9 μm 的波長範圍內，MIRI 的中分辨率光譜儀（MRS）記錄了褐矮星的光譜，除了氨之外，研究人員還觀測到了水分子和甲烷分子，每種分子都有特徵吸收帶。特別是，氨會導致到達偵測器的波長範圍在9 至13 μm 之間的訊號衰減。

氨的同素異形體也可以用光譜分辨：如果氨分子不是由最常見的氮同位素14N 組成（14N 與三個氫原子結合），而是由15N 加上三個氫原子組成，那麼氮核中的額外中子就會確保光譜中出現一個疙瘩，而這個疙瘩可以用15NH3 的存在來解釋。

在WISE J1828的大氣中測量到的兩種氨的同位素的比率尤其令人興奮：正如帕塔皮斯及其同事解釋的那樣，14NH3與15NH3的比率是一種示踪劑，即一種將來可以用來研究恆星和行星形成的指標。它是一種新工具，有助於檢驗不同的、已知的氣態巨行星形成機制。

木星或土星等氣態巨行星並不是我們太陽系的特產。這些天體在系外行星研究中發揮重要作用：它們出現在恆星形成的早期，因此是決定是否以及如何形成較小、較輕行星的關鍵因素。迄今為止，關於大質量氣態巨行星是如何形成的這個問題還沒有確切的答案。專家提出了不同的理論，但目前還不清楚這些行星是像大多數其他行星一樣透過核吸積形成的，還是原恆星周圍原行星盤引力坍縮的結果。

帕塔皮斯及其同事記錄的同位素比率可以提供新的線索。在地球上，每一個15N 原子對應272 個14N 原子。論文報告說，在WISE J1828的大氣中測量到的14NH3與15NH3的比率為670，這意味著與地球和木星等其他行星相比，這顆褐矮星在形成過程中積累的氮-15較少。事實上，WISE J1828上的15N豐度比太陽系所有天體上的都要稀少。

所謂同位素分餾，即同位素豐度的變化，其過程尚不完全清楚，但彗星撞擊被認為有助於氮-15的富集，因為彗星的15N含量要高得多。彗星撞擊也被認為是太陽系中行星的基本組成部分：彗星為地球大氣層的形成做出了貢獻，儘管還不完全清楚其貢獻程度。

WISE J1828的光譜中15NH3含量很低，這表明這顆褐矮星並不是按照通常的行星形成方式（即核吸積）形成的，而是按照類似恆星的方式形成的。因此，這種引力不穩定性很可能在氣態巨行星的形成過程中扮演重要角色，尤其是那些以大軌道繞恆星運動的氣態巨行星。

事實上，這也是論文中討論的另一個重要問題：14NH3 與15NH3 的比例似乎因氣態巨行星與其恆星之間的距離不同而變化很大，這一點可以透過模擬氨和分子氮冰線之間正在形成的行星而得到證實。在天文學中，冰線表示距離中心恆星的最小距離，在這個距離上，溫度低到足以使特定的揮發性化合物轉變為固態。

帕塔皮斯及其同事認為，觀測到的14NH3 與15NH3 比率的增加可能表明氨冰線和氮冰線之間有行星吸積冰層。

天文學家在研究可直接觀測的系外行星時又多了一種工具。由於JWST 的出現，氨的痕跡才變得清晰可見，再次證實了這台太空望遠鏡的巨大價值和無與倫比的性能。