美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜将检查遥远的气体巨人的气氛

在詹姆斯·韦伯太空望远镜就是这样不断得到推迟世纪的政党。由于其复杂性和在振动测试期间检测到的一些异常读数,该望远镜的发射日期已被推迟多次 - 目前预计将在2021年的某个时间发射。但由于显而易见的原因,NASA仍然致力于完成这项任务。

一旦部署,JWST将成为运行中最强大的太空望远镜,其先进的仪器套件将揭示以前从未见过的宇宙。其中包括太阳系外行星的大气层,这些大气层最初将由气体巨行星组成。通过这样做,JWST将完善对可居住行星的搜索,并最终开始研究一些潜在的候选人。

JWST将与2018年4月部署到太空的过境系外行星测量卫星(TESS)一起进行此操作。顾名思义,TESS将使用Transit Method(又名Transit Photometry)搜索行星,监测恒星周期性下降的亮度 - 这是由于行星相对于观察者从它们前面经过而引起的。

美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜将检查遥远的气体巨人的气氛

过境系外行星测量卫星及其4个望远镜的艺术家概念。

Webb的一些首次观察将通过导演的自主早期释放科学计划进行 - 该计划是韦伯科学运营中心的过境系外星球行星团队。该团队正在计划进行三种不同类型的观察,这些观察将提供新的科学知识并更好地理解韦伯的科学仪器。

芝加哥大学的Jacob Bean是过渡系外行星项目的联合首席研究员,在NASA的新闻稿中解释道:

“我们有两个主要目标。第一个是尽快将从韦伯到天文学界的系外行星数据集转移到天文学界。第二是做一些伟大的科学,以便天文学家和公众可以看到这个天文台有多强大。“

该项目的首席调查员,美国宇航局艾姆斯研究中心的Natalie Batalha 补充道:

“我们团队的目标是为天文学界提供关键知识和见解,这将有助于促进系外行星研究,并在我们现有的有限时间内充分利用韦伯。”

JWST将负责通过检查穿过它的光来表征行星的大气。只要行星在恒星前方转换,并且光在不同波长处被吸收的方式,就会发生这种情况,这为大气的化学成分提供了线索。不幸的是,现有的太空望远镜没有必要的分辨率来扫描任何小于天然气巨头的东西。

美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜将检查遥远的气体巨人的气氛

以其先进的红外仪器,将在此基础上的光的部分被丢失检查穿过外行星大气压的光,它分割成一个彩虹频谱,然后推断大气压组合物。对于这些观测,项目团队选择了WASP-79b,这是一颗木星大小的系外行星,在距离地球大约780光年的Eridanus星座中绕一颗恒星运行。

该团队希望能够检测和测量WASP-79b中水,一氧化碳和二氧化碳的丰度,但也希望找到在系外行星大气中尚未检测到的分子。对于他们的第二次观测,该团队将监测一个名为WASP-43b的“热木星”,这颗行星的行星周期不到20小时。

就像所有围绕着它们的恒星运行的系外行星一样,这个天然气巨头被整齐地锁定 - 其中一侧始终面向恒星。当行星在恒星前方时,天文学家只能看到它较冷的背面; 但随着它的轨道,炎热的日子慢慢地进入视野。通过在整个轨道上观测这颗行星,天文学家将能够观察到这些变化(称为相位曲线)并使用这些数据来绘制行星的温度,云和大气化学。

这些数据将使他们能够将大气层采样到不同的深度,并获得更完整的行星内部结构图。正如Bean 所说:

“我们已经看到了哈勃和斯皮策这个星球的戏剧性和意想不到的变化。通过Webb,我们将更详细地揭示这些变化,以了解负责的物理过程。“

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一颗大约十倍于木星质量的系外行星距地球约330光年。X射线:NASA / CXC / SAO / I.Pillitteri等; 光学:DSS;

对于他们的第三次观察,该团队将试图直接观察过境行星。这是非常具有挑战性的,看看恒星的光线是如何更明亮的,因此遮挡了行星大气层反射的微弱光线。解决这个问题的一种方法是在行星可见时测量来自恒星的光,并在它消失在恒星后面时再次测量。

通过比较两次测量,天文学家可以计算出仅来自行星的光量。这种技术最适用于在红外光下发出明亮光的非常热的行星,这就是为什么他们选择WASP-18b进行观测 - 一个热的木星达到约2,900 K(2627°C; 4,800°F)的温度。在这个过程中,他们希望确定行星窒息的平流层的构成。

最后,这些观察将有助于测试JWST的能力并校准其仪器。最终的目标是检查潜在可居住的系外行星的大气层,在这种情况下将包括岩石(又称“类似地球”)行星,这些行星围绕低质量,较暗的红矮星运行。除了是我们银河系中最常见的恒星之外,红矮星也被认为是最有可能找到类地行星的地方。

美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜将检查遥远的气体巨人的气氛

美国宇航局的詹姆斯韦伯望远镜,在这位艺术家的概念中显示,将提供有关先前探测到的系外行星的更多信息。预计到2020年之后,更多的下一代太空望远镜将以其发现的东西为基础。图片来源:NASA

正如太空望远镜科学研究所的研究员兼该项目的联合首席研究员凯文史蒂文森所解释的那样:

“TESS应该找到十几个在红矮星的可居住区域内运行的行星,其中一些可能实际上是可居住的。我们想知道这些行星是否有气氛,而Webb将是告诉我们的行星。结果将在很大程度上回答我们银河系中有利于生命的条件是否普遍存在的问题。“

在詹姆斯·韦伯太空望远镜将是世界上首屈一指的空间科学观测站一旦部署,并且将帮助天文学家解决奥秘在我们的太阳系,研究太阳系外行星,并观察宇宙的最早期阶段,以确定其大规模的结构是如何演变时间。出于这个原因,可以理解为什么NASA要求天文学界耐心等待,直到他们确信它将成功部署。


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