韋伯太空望遠鏡發現系外行星大氣成分並不符合太陽系規律
圍繞我們太陽運行的氣體巨行星顯示出一個清晰的模式；質量越大的行星，其大氣中"重"元素（除氫和氦以外的任何元素）的比例越低。但是在銀河系中，巨行星的大氣成分並不符合太陽系的規律，一個國際天文學家小組已經發現。
研究人員利用美國宇航局的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST），發現系外行星HD149026b的大氣層，一個圍繞著與我們太陽相當的恆星運行的"熱木星"，含有超級豐富的較重元素碳和氧--遠遠高於科學家對其質量的行星的預期。此外，HD149026b，也被稱為"Smertrios"，其診斷性的碳氧比相對於我們的太陽系來說是升高的。
研究人員說，3月27日發表在《自然》雜誌上的"土星質量行星的高大氣金屬富集"的這些發現，是朝著為大型系外行星樣本獲得類似測量以搜索統計趨勢邁出的重要第一步。他們還提供了對行星形成的洞察力。
這幅插圖顯示了韋伯望遠鏡的冷端，鏡子和儀器就放置在那裡。資料來源：諾斯羅普-格魯曼公司
文理學院物理科學系David C. Duncan教授、該研究的共同作者Jonathan Lunine說："看來每顆巨行星都是不同的，由於JWST，我們開始看到這些差異。在這篇論文中，我們已經確定了相對於氣體的主要成分，即宇宙中最常見的元素--氫，有多少分子。這告訴我們關於這顆行星如何形成的相當多的信息。"
芝加哥大學天文學和天體物理學教授、該論文的主要作者雅各布-賓說，我們太陽系的巨行星在整體成分和大氣成分與質量之間都表現出近乎完美的相關性。太陽系外行星顯示出更大的整體成分的多樣性，但是科學家們不知道它們的大氣成分有多大的變化，直到這次對HD149026b的分析。
一顆名為HD 149026b的"熱木星"，比太陽系中最熱的行星--金星的岩石表面要熱3倍左右。資料來源：美國宇航局/JPL-加州理工學院
"我們已經明確地表明，巨型太陽系外行星的大氣成分並不遵循太陽系行星中如此明顯的趨勢，"Bean說。"巨型太陽系外行星除了整體成分的廣泛多樣性之外，還顯示出大氣成分的廣泛多樣性"。
HD149026b就是其中之一，與它的質量相比，它是超級富集的，它的質量與土星相當，但是它的大氣層相對於它的氫和氦來說，重元素的含量似乎是我們在土星中發現的27倍之多。
Lunine說，這種被稱為"金屬性"的比率（儘管它包括許多不是金屬的元素）對於將一顆行星與其母星或其系統中的其他行星進行比較非常有用。HD149026b是這個特定行星系統中唯一已知的行星。
另一個關鍵的測量是行星大氣中的碳氧比，它揭示了一個行星系統中原始固體的"配方"。對於Smertrios來說，它大約是0.84--比我們的太陽系高。在我們的太陽中，它比每兩個氧原子一個碳多一點（0.55）。
這些觀察結果共同描繪了一幅具有豐富固體的行星形成盤的畫面，這些固體富含碳元素。HD149026b在形成過程中獲得了大量的這種物質。
雖然豐富的碳似乎對生命的機會有利，但高碳氧比實際上意味著行星或行星系統中的水較少--對我們所知的生命來說是一個問題。
Smertrios是這項特殊研究中大氣成分的第一個有趣的案例，他已經計劃在未來一年利用JWST觀測另外五顆巨型系外行星。在天文學家能夠發現巨行星之間或具有多個巨行星或地行星的系統中的任何模式之前，還需要更多的觀測，以使天文學家開始記錄成分的多樣性。
"這種多樣性的起源是我們對行星形成的理解中的一個基本之謎，"Bean說。"我們的希望是，用JWST對太陽系外行星進行進一步的大氣觀測將更好地量化這種多樣性，並對可能存在的更複雜的趨勢產生制約。"
