近日，美国宇航局（NASA）的詹姆斯·韦布空间望远镜，在700光年外一颗土星大小的太阳系外行星的大气层中发现了二氧化碳。这是天文学家首次在系外行星上明确探测到二氧化碳。
上述结果展示了韦布空间望远镜能够以多快的速度识别出大量气体，如可能暗示行星适合生命存在的甲烷和氨。
未参与该研究的英国剑桥大学的Nikku Madhusudhan说，韦布空间望远镜“开启了系外行星大气科学的新时代”。
韦布空间望远镜自成功启动以来的发现，让天文学家眼花缭乱。它对大部分被地球大气层阻挡的红外波长的光很敏感，将宇宙中最遥远的恒星和星系带入了人们的视野。
韦布空间望远镜的红外灵敏度，对于研究银河系中我们更近的行星科学家来说至关重要的。当一颗系外行星沿轨道运行到其恒星前时，恒星的光辐射穿过该行星大气层时，会形成大气“指纹”——该行星大气会吸收特定波长的光，导致穿过该大气并扩散的光谱中这被吸收的光的亮度会下降。
大多数天文学家感兴趣的气体，光谱中亮度的下降多发生在红外波段。此前，哈勃空间望远镜和斯皮策空间望远镜已经探测到了一些热的系外巨行星大气中的水蒸气、甲烷和一氧化碳。但它们止步于此。而韦布空间望远镜带来了突破。
天文学家利用韦布空间望远镜首次对系外行星进行观测时，将热的气态巨星WASP-39b定为目标。该巨星与土星大小相当，每4天围绕其恒星运行一周，其轨道比水星轨道离太阳要近得多。
韦布空间望远镜于7月10日采集到了第一批数据。几天后研究团队开始对其进行分析。韦布空间望远镜团队成员、美国芝加哥大学的Jacob Bean说，即使是在单次穿越恒星大气的原始数据中，代表二氧化碳气体的光在光谱中亮度下降十分突出。他指出，以前曾有过一些对这种气体的试探性检测，但没有一个能经受住仔细的检查，而韦布空间望远镜传回的的光谱数据中“大小合适、形状合适、位置也合适”，二氧化碳的存在十分显眼。Bean等人在预印本平台arXiv上报告了相关研究结果。
哈勃空间望远镜和斯皮策空间望远镜此前在WASP-39b的大气中发现了水蒸气、钠和钾，而韦布空间望远镜在其中发现了二氧化碳，以及具有另一种光谱特征的谜之气体（后续观测已揭示了其为何种气体，但暂未公布）。
发现二氧化碳是很有价值的，因为它是行星“金属丰度”的线索，即其构成元素中比氦重的元素的比例。根据WASP-39b的二氧化碳信号，研究小组估计该行星的金属含量大致与土星一致。
“发现重要的化学物质，对于韦布空间望远镜来说将是常态，而不是偶然。”Madhusudhan预测，当韦布空间望远镜开始研究尺寸更接近地球的较冷行星时，将会带来真正的惊喜，比如发现一些表明这些行星是否适合生命存在的气体。
相关论文信息：https://doi.org/10.48550/arXiv.2208.11692