2018年4月，美國宇航局（NASA）發射了凌日系外行星勘測衛星(TESS)。它的主要目標是定位地球大小的行星和圍繞著附近恆星的更大的“超級地球”，以便進一步研究。苔絲髮現的最強大的工具之一將是NASA的詹姆斯韋伯太空望遠鏡。由於觀測像地球這樣有著稀薄大氣的小型系外行星對韋伯來說將是一個挑戰，天文學家將更容易瞄準，首先是氣態的巨型系外行星。

這是一個藝術家對木星大小的太陽系外行星HD 189733b的想象圖，它被它的母恆星所遮蔽。天文學家使用哈勃太空望遠鏡測量了該星球大氣中的二氧化碳和一氧化碳。這顆行星是一個“熱木星”，它離它的恆星如此之近，以至於它在2.2天內完成了一個軌道。就我們所知，該星球太熱了，生命無法生存。但是在合適的條件下，在一個更像地球的世界裡，二氧化碳可以表明外星生命的存在。這一觀測結果表明，太空望遠鏡可以探測到化學生物示蹤劑。

韋伯對氣態巨星系外行星的首批觀測，將通過他的“自主早期發佈科學”計劃（DD-ERS）進行。韋伯科學運行中心的凌日系外行星項目團隊計劃進行三種不同類型的觀測，這將為韋伯的科學儀器提供新的科學知識和更好地理解其性能提供幫助。

“我們有兩個主要目標。第一個是儘快將系外行星的數據集從韋伯傳送到天文界。第二個是做一些偉大的科學，以便天文學家和公眾可以看到這個天文臺有多麼強大，”芝加哥大學的Jacob Bean說，他是凌日系外行星項目的聯合首席研究員。

美國宇航局艾姆斯研究中心的Natalie Batalha補充道：“我們團隊的目標是為天文界提供關鍵的知識和見解，這將有助於在有限的時間內促進太陽系外行星的研究，並充分利用韋伯。”

過境——大氣光譜

當一顆行星在它的主恆星前面或經過它時，這顆恆星的光就會通過這顆行星的大氣層進行過濾。大氣中的分子吸收一定波長或顏色的光。通過將恆星的光分解成彩虹光譜，天文學家可以探測到那些缺失的光，並確定行星大氣中的分子。

為了進行這些觀測，項目團隊選擇了WASP-79b，這是一顆木星大小的行星，距離地球約780光年。研究小組希望檢測和測量WASP-79b中水、一氧化碳和二氧化碳的丰度。韋伯還可能探測到尚未在系外行星大氣中發現的新分子。

相位曲線——天氣圖

在離恆星非常近的軌道上運行的行星往往會被潮汐鎖定。這顆行星的一面永久地面對著這顆恆星，而另一面卻面朝遠方，就像月球的一面總是面對著地球一樣。當行星在恆星前面時，我們可以看到它後面的溫度更低。但是當它圍繞著恆星運行時，越來越多的白天出現在視野中。通過觀察整個軌道，天文學家可以觀察這些變化(稱為相位曲線)，並利用這些數據繪製出行星的溫度、雲層和化學作為經度的函數。

美國宇航局繪製的WASP-43b系外行星不同季節的水汽分佈，這顆行星軌道週期僅為20個小時左右

研究小組將觀測“熱木星”的相位曲線，即WASP-43b，它在不到20小時內環繞恆星運行。通過觀察不同波長的光，他們可以對大氣進行不同深度的採樣，從而獲得更完整的大氣結構圖像。“我們已經看到了哈勃和斯皮策在這顆行星上的戲劇性和意想不到的變化。”通過韋伯，我們將更詳細地揭示這些變化，以瞭解導致這種變化的物理過程。

日食——一顆行星的光芒

觀察系外行星時，最大的挑戰是恆星的光線要明亮得多，淹沒了行星的微弱光線。為了解決這個問題，一種方法是觀察一顆凌日行星消失在恆星後面的時候，而不是當它穿過恆星前面的時候。通過比較這兩種測量方法，一種是在看到恆星和行星時進行的，另一種是在只看到恆星時進行的。

WASP-18b想象圖

這項技術最適用於在紅外光下發光的非常熱的行星。研究小組計劃研究WASP-18b，這是一顆被烘烤到接近4800華氏度(2900 K)的行星，他們希望確定是否存在氧化鈦、氧化釩或其他分子的同溫層。

宜居行星

最終，天文學家希望利用韋伯研究可能適合居住的行星。韋伯特別將把目標對準圍繞紅矮星運行的行星，因為紅矮星更小、更暗，因此更容易分辨出圍繞紅矮星運行的信號。紅矮星也是銀河系中最常見的恆星。

凌日系外行星調查衛星（TESS）應該在紅矮星的宜居帶中找到十幾顆行星，其中有幾顆可能是可居住的。我們想知道這些行星是否有大氣層，韋伯將會告訴我們。“研究結果將在很大程度上回答這個問題，即適合生命存在的條件在我們的銀河系中是否普遍存在。”

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將是世界上首屈一指的太空科學天文臺。韋伯將解開太陽系的奧秘，向外觀察其他恆星周圍的遙遠世界，探索我們宇宙的神秘結構和起源以及我們在其中的位置。

關注《未來科技社》，我們一起眺望未來！