韋伯的最新發現首次捕捉到遙遠行星大氣中二氧化碳的直接影像，為系外行星研究開啟了令人興奮的新篇章。這次突破不僅證實了HR 8799 的大質量行星很可能像木星和土星一樣透過核心吸積形成，也證明了韋伯以前所未有的細節分析外星世界的能力。

韋伯太空望遠鏡首次直接探測到系外行星大氣中的二氧化碳，證明了它能夠以前所未有的方式分析外星世界。這項發現為巨行星的形成方式以及我們的太陽係是否真正獨一無二提供了新線索。圖片來源：NASA

詹姆斯韋伯太空望遠鏡首次直接拍攝到系外行星的二氧化碳影像，標誌著行星科學的一個重要里程碑。這項發現來自HR 8799 系統，距離我們130光年，一直是研究行星形成方式的焦點。

這些觀測結果提供了令人信服的證據，表明HR 8799 的四顆巨行星可能以與木星和土星相同的方式形成，即隨著時間的推移逐漸形成吸引氣體的固體核心。這些發現也表明，韋伯望遠鏡的能力不僅在於從星光推斷大氣成分；它現在可以直接分析系外行星大氣的化學成分。

「透過發現這些強烈的二氧化碳特徵，我們表明這些行星的大氣中存在相當一部分較重的元素，例如碳、氧和鐵。根據我們對它們所繞行的恆星的了解，這很可能表明它們是通過核心吸積形成的，對於我們能夠直接看到的行星來說，這是一個令人興奮的結論，」領導這項研究的約翰霍普金斯大學天體物理學家威廉·巴爾默說。

這項研究也分析了距離我們96 光年的波江座51 系統，研究結果已於今日（3 月17 日）發表在《天文物理學期刊》。

這是迄今為止最清晰的紅外線影像，可以看到標誌性的多行星系統HR 8799。顏色應用於韋伯近紅外線相機的濾鏡。星號標示了主星HR 8799 的位置，其光線已被日冕儀阻擋。在此影像中，藍色表示4.1 微米的光，綠色表示4.3 微米的光，紅色表示4.6 微米的光圖片來源：NASA、ESA、CSA、STScI、W. Balmer（約翰霍普金斯大學）、L. Pueyo（STScI）、M. Perrin（STScI）

HR 8799 是一個年輕的系統，約有3000 萬年歷史，只是我們太陽系46 億年歷史的一小部分。 HR 8799 行星因劇烈形成而仍然很熱，它們發出大量紅外光，為科學家提供了寶貴的數據，讓他們了解這些行星的形成過程與恆星或棕矮星的形成過程有何不同。

巨行星的形成有兩種方式：緩慢形成吸引氣體的固體核心，就像我們的太陽系一樣；或從年輕恆星的冷卻盤迅速坍縮成大質量物體。了解哪種模式更常見可以為科學家提供線索，以區分他們在其他系統中發現的行星類型。

「我們希望透過這類研究，與其他系外行星系統進行比較，了解我們自己的太陽系、生命和我們自己，這樣我們就可以了解我們的存在背景，」巴爾默說。 “我們想拍攝其他太陽系的照片，看看它們與我們的太陽系相比有何相似或不同之處。從那裡，我們可以試著了解我們的太陽係到底有多奇怪——或者有多正常。”

韋伯拍攝了這張Eridani 51 b 的照片，這是一顆年輕的冷行星，繞恆星運行110 億英里。這張影像包括將4.1 微米光錶示為紅色的濾光片。圖片來源：NASA、ESA、CSA、STScI、W. Balmer（約翰霍普金斯大學）、L. Pueyo（STScI）、M. Perrin（STScI）

很少有系外行星被直接成像，因為遙遠的行星比它們的恆星暗數千倍。透過捕捉只有韋伯望遠鏡才能獲得的特定波長的直接圖像，該團隊正在為更詳細的觀測鋪平道路，以確定他們看到的圍繞其他恆星運行的物體是真正的巨行星還是像棕矮星這樣的物體，這些物體的形成方式與恆星相似，但積累的質量不足以點燃核融合。

「我們還有其他證據暗示這四顆HR 8799 行星是使用這種自下而上的方法形成的，」太空望遠鏡科學研究所的天文學家、這項研究的共同負責人Laurent Pueyo 說道。 「對於我們可以直接成像的長週期行星來說，這種情況有多普遍？我們還不知道，但我們計劃在二氧化碳診斷的啟發下，進行更多韋伯觀測，以回答這個問題。”

這項成就得益於韋伯的日冕儀，日冕儀可以阻擋明亮恆星發出的光線，就像日食時一樣，從而揭示隱藏的世界。這使得團隊能夠尋找波長可以揭示特定氣體和其他大氣細節的紅外線光。

研究小組瞄準3-5 微米波長範圍，發現HR 8799 的四顆行星含有比之前認為的更多的重元素，這再次暗示它們的形成方式與太陽系的氣態巨行星相同。觀測也首次發現最內層行星HR 8799 e（波長為4.6 微米）和51 Eridani b（波長為4.1 微米），展現了韋伯在觀察靠近明亮恆星的暗淡行星方面的靈敏度。

2022 年，韋伯的一項關鍵觀測技術透過追蹤另一顆系外行星WASP-39 b 的大氣層經過其恆星前方時如何改變星光，間接探測到了該行星上的二氧化碳。

普約說：“自從詹姆斯韋伯太空望遠鏡發射以來，科學家一直在對凌日行星或孤立的棕矮星進行研究。”

雷米·索默(Rémi Soummer) 是太空望遠鏡科學研究所光學實驗室主任，曾領導韋伯日冕儀操作，他補充道：“我們知道JWST 可以在直接成像系統中測量外行星的顏色。我們已經等待了10 年，以確認我們對望遠鏡的精細調整操作是否也能讓我們接觸到內行星。現在結果出來了，我們可以調整操作是否也能讓我們接觸到內行星。現在結果出來了，我們可以調整操作是否也能讓我們接觸到內行星。現在結果

研究團隊希望利用韋伯日冕儀分析更多的巨行星，並將其成分與理論模型進行比較。

「這些巨行星有著相當大的影響，」巴爾默說。 「如果這些巨大的行星像保齡球一樣穿過你的太陽系，它們可以真正破壞、保護我們的行星，或者兩者兼而有之，因此更多地了解它們的形成是了解未來類地行星的形成、生存和宜居性的關鍵一步。”

編譯自/ ScitechDaily