首次發現系外行星化學反應

　　詹姆斯·韋布太空望遠鏡（JWST）如今提供了迄今為止最詳細的系外行星信息，從而使后者成為除太陽系八大行星外，科學家最了解的天體。在這顆名為WASP-39b的行星大氣中，有一種有趣的化學反應，形成了斑塊狀的云，并為這顆行星的形成提供了線索。相關觀測結果以5篇論文的形式于11月22日發表在預印本網站arXiv上。

　　觀測團隊成員、德國馬克斯·普朗克天文研究所（MPIA)負責人Laura Kreidberg表示：“我們以前研究過很多行星，但從未見過這樣的數據集。”

　　WASP-39b是一顆“熱木星”，距離地球約700光年，質量約為木星的1/3，成分與土星更相似。它圍繞主星運行的時間僅為4個地球日，與后者的距離是水星與太陽距離的1/8，溫度高達900℃。

　　Kreidberg表示，這顆行星雖不適合生命居住，但卻成為JWST早期觀測并測試其系外行星觀測能力的“完美目標”。

　　JWST于2021年12月發射，并在今年7月觀測WASP-39b達40多個小時。初步研究結果顯示，這顆行星的大氣中有二氧化碳，這是首次在系外行星上發現二氧化碳。

　　JWST利用載荷儀器，觀察到從這顆行星的母星發出的穿過WASP-39b大氣層的光，這一過程被稱為透射光譜。這使得研究人員能夠在這顆行星的大氣中探測到除了二氧化碳之外的水、一氧化碳、鈉、鉀等物質。

　　研究人員還驚訝地發現了二氧化硫。它的存在表明，當來自恒星的光照射到WASP-39b的大氣中時，大氣中正在發生光化學反應，類似于太陽在地球大氣中產生臭氧的過程。以WASP-39b為例，來自其比太陽略小的恒星的光將其大氣中的水分解為氫離子和氫氧根離子，后者與硫化氫反應生成二氧化硫。

　　觀測結果還顯示，WASP-39b上的碳氧比相對較低。觀測團隊成員、英國華威大學天文學家Eva-Maria Ahrer認為，WASP-39b之前可能在不同位置以冰的形式吸收了大量的水，這表明它在該星系的更遠處形成，可能與木星所在的位置類似。

　　“熱木星”的遷移可以解釋它與恒星的接近。但目前尚不清楚，這是一個可能持續數千萬年的緩慢過程，還是另一顆行星或恒星的引力導致的更快過程。了解WASP-39b的組成可以幫助天文學家確定是哪種情況。

　　觀測還顯示，這顆行星的云層覆蓋不完整，這是天文學家以前從未在系外行星上觀測到的。這顆行星被潮汐與母星鎖定，由于巨大的引力，同一面總是朝向后者。

　　觀測小組聯合負責人、美國芝加哥大學天文學家Jacob Bean指出，在晝夜的邊界，WASP-39b只有大約60%被云覆蓋，這可能是由于云在較熱的白天蒸發、在較冷的夜晚凝結造成的。

　　據悉，JWST在科學研究的第一年觀測了大約70顆系外行星，對WASP-39b的科學研究將持續到明年6月。WASP-39b為系外行星研究提供了一個“基準”，其中包括TRAPPIST-1系統中的行星。在該系統中，一顆小紅矮星被7顆地球大小的行星環繞，通過透射光譜學可能發現其中一些行星適合居住。

　　今年12月，JWST將觀測一顆名為WASP-43b的行星圍繞母星運行的整個過程，這將持續一個地球日，并會揭示該行星氣候和化學方面前所未有的細節。