天文學家利用JWST（韋伯望遠鏡） 研究了系外行星HAT-P-18 b 的大氣層，在其中他們發現了水蒸氣和二氧化碳，同時強調了主恆星特性對數據分析的影響。在蒙特利爾大學特羅蒂埃系外行星研究所（iREx）研究人員的領導下，一個天文學家小組利用革命性的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）的力量研究了”熱土星”系外行星HAT- P-18 b。

他們的研究結果發表在上個月的《皇家天文學會月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）雜誌上，描繪了HAT-P-18 b大氣層的全貌，同時探索了將其大氣層信號與其恆星活動區分開來的巨大挑戰。

HAT-P-18 b 位於500 多光年之外，質量與土星相近，但大小更接近大行星木星。因此，這顆系外行星擁有一個”膨脹”的大氣層，特別適合進行分析。

“熱土星”系外行星HAT-P-18 b 的藝術表現。

JWST 的觀測數據是在HAT-P-18 b 從其類似太陽的恆星前經過時拍攝的。這一時刻被稱為凌日，對於從數百光年外以驚人的精度探測系外行星並進一步確定其特徵至關重要。

天文學家並不觀測遙遠行星直接發出的光。相反，他們研究的是中心恆星的光線是如何被繞其運行的行星阻擋和影響的，因此必須設法將行星的存在所造成的信號與恆星自身特性所造成的信號區分開來。

光曲線顯示了恆星隨時間變化的光度或亮度。當系外行星經過恆星上空時，也就是所謂的凌日，恆星的部分光線會被系外行星擋住。因此，恆星的亮度會降低。當恆星表面的星斑被遮擋，或係外行星從暗點上方經過時，天文學家就能在光曲線中看到一個訊號，也就是凌日光曲線底部的一個小凸起。請看下面這張資訊圖表的完整動畫。資料來源：B. Gougeon/蒙特利爾大學

就像我們的太陽一樣，恆星的表面並不均勻。它們會有暗星點和亮區，產生模仿行星大氣屬性的訊號。最近由UdeM博士生Olivia Lim領導的一項關於系外行星TRAPPIST-1 b及其恆星TRAPPIST-1的研究見證了恆星表面的一次爆發，即耀斑，這影響了觀測結果。

在行星HAT-P-18 b的情況中，當系外行星經過其恆星HAT-P-18上的一個黑點時，韋伯正好捕捉到了它。這就是所謂的光斑穿越事件，其影響在新研究收集的數據中顯而易見。iREx 小組還報告說，HAT-P-18 表面還存在許多其他星斑，這些星斑並沒有被系外行星遮擋住。

為了準確地確定係外行星的大氣成分，研究人員必須同時模擬行星的大氣層及其恆星的特殊性。他們在研究中指出，這種考量對於未來透過韋伯望遠鏡進行系外行星觀測以充分發揮其潛力至關重要。

「我們發現，考慮到恆星污染意味著存在光斑和雲層，而不是霧霾，並且恢復出的水蒸氣豐度幾乎低了一個數量級，”領銜作者瑪麗盧-福尼爾-通德羅（Marylou Fournier -Tondreau）說。因此，考慮到該系統的主星會產生很大的差異。實際上，這是我們第一次清晰地將朦朧和星斑的特徵區分開來，這要歸功於加拿大的近紅外線成像儀和無縫光譜儀（NIRISS）儀器，該儀器的波長覆蓋範圍更廣，可延伸到可見光領域。”

炙熱大氣中的H2O、CO2 和雲層

在對系外行星和HAT-P-18 系統中的恆星進行建模後，iREx 天文學家對HAT-P-18 b 的大氣成分進行了細緻的分析。透過檢測系外行星大氣中穿過其主恆星時的光線，研究人員發現了水蒸氣（H2O）和二氧化碳（CO2）的存在。

研究人員還檢測到鈉的可能存在，並觀察到HAT-P-18 b 大氣層中存在雲層的強烈跡象，這似乎會減弱其中許多分子的訊號。他們還得出結論，這顆恆星的表面被許多黑點覆蓋，這些黑點會嚴重影響數據的解讀。

約翰-霍普金斯大學的一個研究小組早些時候對JWST 的相同數據進行了分析，結果也顯示出對水和二氧化碳的清晰探測，但也報告說在高空探測到了被稱為”朦朧”的小顆粒，並發現了甲烷（CH4）的蛛絲馬跡。iREx 天文學家描繪了一幅不同的畫面。

CH4的偵測結果尚未得到證實，他們測定的水豐度比先前發現的低10倍。他們還發現，先前研究發現的朦朧現象可能是恆星表面的星斑造成的，這突顯了在分析中考慮恆星的重要性。

系外行星能否支持生命？不太可能。雖然水、二氧化碳和甲烷等分子在一定比例下或與其他分子結合在一起時可以被解釋為生物特徵或生命跡象，但HAT-P-18 b接近600攝氏度的炙熱溫度對該行星的宜居性來說並不是個好兆頭。

JWST 的另一個儀器–近紅外線攝譜儀（NIRSpec）的未來觀測有望幫助完善研究小組的成果，如二氧化碳的探測，並為這顆炙熱的土星系外行星的複雜性提供更多的資訊。

編譯來源：ScitechDaily