詹姆斯韦伯太空望远镜证实巨型行星大气差异很大

围绕太阳运行的气态巨行星显示出清晰的模式;行星质量越大，行星大气中“重”元素(氢和氦以外的任何东西)的百分比就越低。但在银河系中，巨行星的大气成分不符合太阳系的趋势，一个国际天文学家团队发现。

利用美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)，研究人员发现系外行星HD149026b的大气层，一个围绕与我们的太阳相当的恒星运行的“热木星”，富含较重的元素碳和氧 - 远远高于科学家对其质量的行星的预期。此外，HD149026b(也称为“Smertrios”)的诊断碳氧比相对于我们的太阳系升高。

研究人员说，这些发现于27月<>日发表在《自然》杂志的“土星质量行星的高大气金属富集”上，是获得大量系外行星样本的类似测量结果以寻找统计趋势的重要第一步。它们还提供了对行星形成的见解。

“似乎每颗巨型行星都是不同的，由于JWST，我们开始看到这些差异，”艺术与科学学院物理科学教授，该研究的合著者Jonathan Lunine说。“在本文中，我们已经确定了相对于气体的主要成分有多少分子，即宇宙中最常见的元素氢。这告诉我们很多关于这颗行星是如何形成的。

我们太阳系的巨行星在整体组成和大气成分和质量之间表现出近乎完美的相关性，芝加哥大学天文学和天体物理学教授，该论文的主要作者Jacob Bean说。太阳系外行星显示出更大的整体成分多样性，但科学家们不知道它们的大气成分有多大变化，直到对HD149026b进行分析。

“我们已经明确表明，巨型太阳系外行星的大气成分并不遵循太阳系行星中如此明显的相同趋势，”比恩说。“巨大的太阳系外行星除了整体成分的广泛多样性外，还显示出大气成分的广泛多样性。

例如，与其质量相比，Smertrios是超级丰富的，Lunine说。“这是土星的质量，但它的大气层相对于我们在土星中发现的氢和氦的重元素含量似乎高达27倍。

Lunine说，这个比例被称为“金属量”(即使它包括许多非金属元素)，对于将行星与其母星或其系统中的其他行星进行比较很有用。Smertrios是这个特定行星系统中唯一已知的行星。

Lunine说，另一个关键的测量是行星大气中碳与氧的比例，它揭示了行星系统中原始固体的“配方”。对于Smertrios来说，它大约是0.84 - 比我们的太阳系高。在我们的太阳中，每两个氧原子(0.55)比一个碳多一点。

“这些观测结果共同描绘了一幅行星形成盘的画面，其中含有丰富的富含碳的固体，”Lunine说。“HD149026b在形成时获得了大量的这种材料。

虽然丰富的碳似乎有利于生命的机会，但高碳氧比实际上意味着行星或行星系统中的水更少——正如我们所知，这是生命面临的一个问题。

Lunine说，Smertrios是这项特殊研究大气成分的一个有趣的第一个案例，他计划在未来一年使用JWST观察另外五颗巨大的系外行星。在天文学家能够发现巨行星之间或具有多个巨行星或类地行星的系统中的任何模式之前，还需要进行更多的观测，以天文学家开始记录成分多样性。

“这种多样性的起源是我们理解行星形成的一个基本谜团，”比恩说。“我们希望用JWST对太阳系外行星进行进一步的大气观测将更好地量化这种多样性，并对可能存在的更复杂的趋势产生限制。

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