詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）最近的觀測發現了神秘的超級地球55 Cancri e，揭示了它的大氣層可能由一氧化碳或二氧化物等氣體組成。這項發現凸顯了這顆行星由於靠近恆星而處於極端的環境中，並有可能為了解岩質行星的早期大氣層提供啟示。

這幅藝術家的概念圖展示了系外行星55 Cancri e 的模樣。巨蟹座55號也被稱為”楊森”，是一顆所謂的超級地球，是一顆比地球大得多但比海王星小得多的岩質行星，它繞恆星運行的距離只有140萬英里（0.015個天文單位），不到18小時就能完成一個完整的軌道運行（水星距離太陽的距離是巨蟹座55號的25倍）。 (水星與太陽的距離是巨蟹座55 號與其恆星距離的25 倍）該系統還包括四顆大型氣體巨行星，位於巨蟹座，距離地球約41 光年。資料來源：NASA、ESA、CSA、拉爾夫-克勞福德（STScI）

巨蟹座55 是圍繞巨蟹座中一顆類太陽恆星運行的五顆已知行星之一。這顆行星的直徑幾乎是地球的兩倍，密度稍大，被歸類為超級地球：比地球大，比海王星小，成分與太陽系中的岩石行星相似。

伯恩大學空間與宜居研究中心（CSH）的Brice-Olivier Demory 是NCCRPlanetS 的成員，也是這項剛發表在《自然》雜誌上的研究的共同作者。

他說：『巨蟹座55 是最神秘的系外行星之一。儘管在過去的十年中，我們利用十幾個地面和太空設施獲得了大量的觀測時間，但它的本質仍然難以捉摸，直到今天，詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）終於可以拼湊出部分謎題。

出乎意料的是，這些觀測結果表明，一顆高溫、高輻照度的岩質行星有可能維持氣態大氣，這預示著JWST有能力描述圍繞類太陽恆星運行的溫度較低、可能適宜居住的岩質行星的特徵。來自美國太空總署噴射推進實驗室（JPL）的胡仁宇帶領團隊在《自然》雜誌上發表了他們的研究成果。他說：「JWST確實將系外行星特徵描述的前沿推向了岩質系外行星。」它真正實現了一種新型科學」。

CHEOPS 的藝術印象。圖片來源：ESA / ATG medialab

Demory 是胡在麻省理工學院（MIT）時的同事之一，胡邀請他參加研究計畫。 Demory 從職業生涯一開始就一直在研究巨蟹座55：”作為麻省理工學院的博士後，我領導發現了55 Cancri e的首次凌日，2016年，我的團隊發表了第一張岩石系外行星的地圖，這就是55 Cancri e。

2016年的研究結果已經暗示了巨蟹座55附近可能存在大氣層。在本次研究中，Demory對JWST資料集進行了獨立分析。他解釋說”JWST在紅外線波段對這一圖景進行了補充，顯示出超級地球55 Cancri e周圍可能存在大氣層，其成分與一氧化碳或二氧化碳一致”。

超熱的超級地球，仍然比預期的更冷

雖然巨蟹座55 e 的成分與太陽系中的岩石行星相似，但將其描述為”岩石”可能會給人留下錯誤的印象。這顆行星的軌道離它的恆星如此之近（一個完整的軌道持續18 個小時，而我們的地球則是365 天），因此它的表面一定是熔融的–一個深邃的、冒著氣泡的岩漿海洋。在如此緊密的軌道上，這顆行星也很可能被潮汐鎖定，白天始終面向恆星，而夜晚則永遠處於黑暗之中。胡解釋說：”這顆行星溫度很高，有些熔岩應該會蒸發掉。”

雖然JWST 無法捕捉到巨蟹座55 的直接影像，但它可以測量該行星繞恆星運行時來自該系統的光線的微妙變化。研究小組利用JWST 的NIRCam（近紅外線相機）和MIRI（中紅外線儀器）測量了來自該行星的紅外線光。透過將行星位於恆星後方的二次日食期間的亮度（僅恆星光）減去行星位於恆星旁邊時的亮度（恆星和行星發出的光總和），研究小組能夠同時計算出來自行星日側多個波長的紅外線光量。

根據熱輻射或以紅外光形式散發的熱能進行的溫度測量，首次顯示出坎昆裡55號可能有大量大氣層。如果這顆行星被黑暗的熔岩覆蓋，只有一層薄薄的蒸發岩層，或者根本沒有大氣層，那麼它的日面溫度應該在攝氏2200度左右。

胡仁宇說：”相反，MIRI數據顯示的溫度相對較低，約為1500攝氏度。這非常有力地表明，能量正在從白天向夜晚分佈，很可能是通過富含揮發性物質的大氣層。雖然熔岩流可以將一些熱量帶到夜側，但它們無法有效地將熱量轉移到夜側，因此無法解釋冷卻效應。發出的部分紅外光被大氣層吸收，永遠無法到達望遠鏡，那麼這種情況就說得通了。

氣泡岩漿海洋

研究團隊認為，覆蓋在巨蟹座55 上的氣體是從內部冒出來的。由於恆星的高溫和強烈輻射，原生大氣早已消失。這將是由岩漿海洋不斷補充的次級大氣。岩漿不僅僅是晶體和液態岩石，其中還有大量溶解氣體。

雖然巨蟹座55 太熱，不適合居住，但它可以為研究岩質行星的大氣、表面和內部之間的相互作用提供一個獨特的窗口，或許還能為早期的地球、金星和火星提供啟示，因為人們認為它們在很久以前就已經被岩漿海洋所覆蓋。歸根究底，我們希望了解是什麼條件使岩質行星能夠維持富含氣體的大氣層：這是宜居行星的關鍵要素。

編譯來源：ScitechDaily