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寻找隐秘的世界

(相关资料图)

在20世纪90年代初，第一颗系外行星被发现。而在那之前，我们所知道的行星数量非常有限，只有那些围绕在太阳周围的行星。在过去的三十年里，我们经历了系外行星科学的一场伟大的革命。到现在，已经确认发现的系外行星已超过5000颗，而且这一数字每周都在增加。

到目前为止，在银河系中确认的5000多颗系外行星有着各种各样的类型，有些与太阳系中的行星相似，有些则截然不同。（图/NASA/JPL-Caltech）

然而，在这5000多颗系外行星中，天文学家只拍摄到了大约20颗，绝大多数系外行星都是通过间接方法探测到的。以目前的技术，想要直接对这些系外行星进行成像十分困难，因为它们的运行轨道都非常靠近其宿主星，因此它们非常容易被宿主星的耀眼光芒所掩盖。

现在，天文学家首次利用韦布空间望远镜（JWST），直接拍摄到了绕着一颗遥远恒星运行的系外行星的图片。新的图像表明，JWST将会是天文学家拓展对系外行星了解的绝佳工具，而且它能做到的，甚至可能比我们预期的还要好！

系外行星HIP 65426 b

JWST所拍摄到的是一颗名为HIP 65426 b的系外行星。2017年，天文学家使用位于智利的甚大望远镜（VLT）发现了这颗系外行星，并获得了它在短红外波段下的图像。它位于半人马座，是一颗有着很多特别之处的系外行星。

首先，它距离其宿主星HIP 65426很远，约是地球到太阳距离的92倍，是冥王星到太阳距离的2倍。这一距离能使JWST轻易地将它与图像中的恒星区分开。

另外，HIP 65426 b是一个庞然大物。从过去的研究中，天文学家推测它是太阳系中最大行星——木星——质量的6到12倍。不仅如此，天文学家还从过去的研究中知道这是一颗有着很高温度的行星，其云顶温度至少高达到1200℃。

这样的大小和温度意味着，它是一颗明亮的行星。结合这些特别之处，HIP 65426 b成了一个相对更容易被直接成像的行星目标。

JWST拍到的画面

尽管行星HIP 65426 b与其宿主星HIP 65426之间存在较大的距离，但恒星发出的光也能轻易将行星的光芒压制。在近红外波段，恒星HIP 65426要比行星HIP 65426 b的光芒明亮一万多倍；在中红外波段也要明亮数千倍。

为了解决这个问题，研究人员利用JWST上的日冕仪。JWST的近红外相机（NIRCam）和中红外仪器（MIRI）上都配备了日冕仪，这些日冕仪就像是一组组微小的“面罩”，可以用于物理性地屏蔽星光。

在拍摄系外行星HIP 65426 b时，来自宿主星HIP 65426的光就被遮挡了，使行星在JWST的视野中更加明显。JWST在不同的红外光波长下拍摄了一系列HIP 65426 b的照片。在每一张照片中，HIP 65426 b都清晰可见。

JWST拍摄的第一张系外行星图像看起来像一个低像素的光点，但它实际上展示了JWST在红外波段的强大。图中五角星符号标记的地方，是恒星HIP 65426的所在之处，JWST将其物理性屏蔽了。（图/Aarynn Carter, the ERS 1386 team

对于那些熟悉《星际迷航》、《星球大战》等科幻作品的人来说，这些照片中所显示外星世界或许不够激动人心。因为在每张图像中，它看起来都只像是形状略有不同的一个光点，而不是有着绚烂或神秘色彩的陌生星球。

JWST在多个红外波长（从左到右：3.00µm、4.44µm、11.4µm、15.5µm）下拍摄到的系外行星HIP 65426 b。（图/NASA/ESA/CSA, A. Carter (UCSC), the ERS 1386 team and A. Pagan (STScI)）

虽然它们与科幻作品中的画面大相径庭，但却让天文学家激动不已。因为它带来的是在前所未见的波长下拍摄到的行星图像，突显了JWST在探测系外行星方面的巨大威力。

通过分析JWST的观测数据，研究人员进一步确认了HIP 65426 b的质量大约为木星的7倍；温度比之前认为的还要高，云顶接近1400℃。这些信息描绘了一个完全陌生的世界，与太阳系中的任何天体都有所不同。

现在，研究团队已经将这些结果提交到了论文预印网站arXiv上，等待经过同行评审后的发表。

未来的指路标

新的HIP 65426 b的图像表明，JWST的表现比预期要好10倍左右。这意味着，JWST应该能够直接观测到比之前预期的更小的行星，如土星甚至是海王星，而不会局限于只能观测比木星更大的行星。

这样的结果是非常鼓舞人心的。因为在天文学研究中，小的天体比大的天体要多得多。如果JWST能够观测到更小、更暗的行星，这将大大增加天文学家可以研究的目标数量，极大地提高我们对遥远行星系统的科学认知。

除此之外，JWST的测量精度表明，关于这些行星上的大气信息，我们能了解得比预期更多。通过利用JWST对其进行反复观测，我们甚至可以揭示大气随时间变化的细节。

HIP 65426 b可能是一颗年龄大约只有1400多万年的行星，这与其他行星相比，比如有着45亿年历史的地球，是十分年轻的。未来，天文学家或许会着手探究HIP 65426 b是如何形成和演化的。

与此同时，其他天文学家正计划用JWST来研究许多其他系外行星，尤其是那些距离宿主星相对较远、因此可以直接成像的大行星。在接下来的几年，我们期待看到更多由JWST拍摄到的外星世界的照片。

#创作团队：

撰文：不二北斗

排版：雯雯

#参考来源：

https://theconversation.com/the-webb-telescope-has-released-its-very-first-exoplanet-image-heres-what-we-can-learn-from-it-189876

https://blogs.nasa.gov/webb/2022/09/01/nasas-webb-takes-its-first-ever-direct-image-of-distant-world/

#图片来源：

封面图&首图：Aarynn Carter, the ERS 1386 team

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