原文作者：Shannon Hall

這座里程碑式的望遠(yuǎn)鏡在第一年里會探索 76 個世界，報告預(yù)示著它將迎向的未來。

詹姆斯 · 韋布太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)因其迷人的宇宙圖像聲名遠(yuǎn)播（參見：韋布大片來了：臨近時間盡頭的夜空），如今又有了新的斬獲。這座望遠(yuǎn)鏡拍攝到了首個明確證據(jù)，表明在太陽系外的行星大氣中存在二氧化碳。

這一發(fā)現(xiàn)不僅為這顆系外行星的形成帶來了引人入勝的線索，也預(yù)示著隨著韋布研究越來越多的外星世界，它即將給我們帶來怎樣的前景。發(fā)表在預(yù)印本服務(wù)器 arXiv 上的一篇論文手稿 [ 1 ] 報告了這一發(fā)現(xiàn)，尚未經(jīng)過同行評議，論文有望在未來幾天發(fā)表在《自然》上。（《自然》新聞團(tuán)隊與期刊團(tuán)隊是編輯獨立的。）

WASP-39b 緊密圍繞自己的恒星運行，這讓它成為一顆熱系外行星（如藝術(shù)想象圖所示）。來源：NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted （STScI）

帶來這一發(fā)現(xiàn)的繪圖數(shù)據(jù)沒有韋布過去的圖像那么炫目（那些圖片展示了宇宙中起舞的星系，以及恒星形成區(qū)的輻射云），不過 NASA 系外行星科學(xué)研究所的天文學(xué)家 Jessie Christiansen 仍不由得稱之為 " 華麗 "。

這張圖，或者說光譜，揭示了系外行星 WASP-39b 大氣的詳細(xì)信息，這顆行星被科學(xué)家稱為 " 熱木星 "，因為它的直徑略大于木星，而它圍繞自己恒星的軌道比水星離太陽近得多，所以極為高熱。這顆行星距離地球 200 多秒差距，起初是在地面觀測中發(fā)現(xiàn)的 [ 2 ] ，后來被 NASA 的斯皮策望遠(yuǎn)鏡觀測到，這臺望遠(yuǎn)鏡在 2003-2020 年間運行。它的數(shù)據(jù) [ 3 ] 表明，WASP-39b 的大氣可能含有二氧化碳，但結(jié)論尚不確定。

研究人員在 WASP-39b 經(jīng)過其恒星前方時，在其大氣中檢測到了二氧化碳。數(shù)據(jù)圖呈現(xiàn)了恒星光的紅外波長被系外行星的二氧化碳吸收，產(chǎn)生了一個指示性光點。來源：NASA, ESA, CSA, Leah Hustak （STScI），Joseph Olmsted（STScI）

然后有了韋布。7 月 10 日的 8 個多小時里，這臺紅外望遠(yuǎn)鏡觀察了這顆行星在其恒星面前穿過。在此期間，恒星照亮了這顆行星的大氣層，其中的諸多分子吸收特定波長的紅外光。天文學(xué)家想知道，二氧化碳會不會在光譜中顯示出一個明顯的亮點。" 而它真在那里——躍上了電腦屏幕。" Natalie Batalha 說。她是加州大學(xué)圣克魯茲分校的天文學(xué)家，領(lǐng)導(dǎo)韋布的凌日系外行星社區(qū)早期發(fā)布科學(xué)團(tuán)隊。

Batalha 不是一個人。Christiansen 看到數(shù)據(jù)的時候（她不是團(tuán)隊成員）驚呼了出來。" 我當(dāng)時覺得，‘哦，來了！’ " 她說，" 線索以前就有，但這是首次真正‘命中紅心’的探測。"

神秘起源

這個結(jié)果，讓人們對今后韋布對系外研究帶來的革命性影響更有信心了。在它運行的第一年，這座望遠(yuǎn)鏡已被委派觀測 76 顆系外行星，但最終記錄可能達(dá)到上百個。它將凝望氣態(tài)巨行星，和與地球可能差不多的的小小巖石行星。" 我看到這些信號的第一個想法是，‘哇，這事能成了’。"Batalha 說。

不過，二氧化碳的發(fā)現(xiàn)本身也是個大事。" 從科學(xué)角度說，這非常讓人興奮。" Jonathan Fortney 說，他是加州大學(xué)系內(nèi)外行星實驗室（Other Worlds Laboratory）負(fù)責(zé)人，也是這篇論文的共同作者。可以預(yù)期，一個類似木星的行星，由恒星的相同物質(zhì)盤構(gòu)成，也將與該恒星擁有大致相同的化學(xué)組成。但在我們的太陽系中不是這樣，WASP-39b 也不是。這顆系外行星的強烈二氧化碳信號表明它富含比氫氦更重的元素，而氫和氦通常構(gòu)成恒星。問題是，為什么？

" 這就是有趣之處了，" Batalha 說。可能 WASP-39b 在年輕的時候被彗星和小行星大舉轟炸過，它們帶來了更重的元素如碳和氧。有趣的是，這顆系外行星似乎有著和土星一樣多的重元素，而天文學(xué)家認(rèn)為土星也經(jīng)歷過狂暴的 " 幼年 "。

或者，也可能是 WASP-39b 是由其行星系統(tǒng)寒冷外圍的物質(zhì)形成，然后向內(nèi)遷移。在最終落腳處，它緊靠著它的恒星，這可能炸飛了這顆行星大氣中的一些氫——較重元素變得集中，讓它看起來有更豐富的二氧化碳。Fortney、Batalha 和同事現(xiàn)在正在寫作四篇論文，將詳細(xì)分析這顆行星的光譜，并進(jìn)一步探究這些可能性。

" 這就像考古學(xué)，"Batalha 說，" 你試圖建起一個宏大的故事——而你用分子本身，在故事里按圖索驥。"

生命基石

在一顆行星的大氣中發(fā)現(xiàn)二氧化碳，是探測地外生命的一塊踏腳石。當(dāng)然，天文學(xué)家沒指望 WASP-39b 能承載生命——它離它的恒星太近了。他們也沒有指望韋布一定能在其他行星上發(fā)現(xiàn)生命。但用韋布探測二氧化碳，將為未來的發(fā)現(xiàn)打下基礎(chǔ)。

天文學(xué)家認(rèn)為，行星大氣中二氧化碳和甲烷的混合物，可能會是生命存在的一個指示標(biāo)志——所謂 " 生命信號 "。因此，WASP-39b" 往好的生命信號方向走了一半 "，Christiansen 說。Batalha 的團(tuán)隊建立了一個模型，預(yù)測這個行星的大氣還含有水、一氧化碳和硫化氫——但幾乎沒有甲烷。

最終，對生命的探測可能需要一個比韋布更先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡。但是，Batalha 說，" 這是一個我們需要經(jīng)歷的極為重要的階段，為未來科技做好準(zhǔn)備。"