詹姆斯·韦伯太空望远镜成功与时间的赛跑，直接观测年轻的系外行星
天文学家必须与时间赛跑，在系外行星消失十年之前进行观测。
外星行星AF Leb b的插图。插图中的小图：詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄的该行星的图像。
（图片来源：Robert Lea（使用Canva创建）/K. Franson等人/《天体物理学杂志快报》）
詹姆斯·韦伯太空望远镜目前直接拍摄到的一颗太阳系外质量最小的系外行星。这颗行星也是这台耗资100亿美元的太空望远镜直接观测到的距离其恒星最近的行星。
这次成像是一场“与时间的赛跑”，因为这颗系外行星即将消失在其母恒星耀眼的光芒之下，可能会持续长达十年之久。
行星AF Leporis b（简称AF Lep b）并非首次打破纪录。2023年，这颗太阳系外行星（简称系外行星）成为太阳系外通过直接观测发现的质量最小的行星。随后，它又成为通过“天体测量法”测量质量的最小质量行星，天体测量法是一种监测恒星多年运动的技术，用以识别绕恒星运动的行星引力拖拽造成的“摆动”。
AF Lep b是一颗估计只有2300万年龄的年轻系外行星，如果觉得它很古老，那么想想地球的年龄估计有46亿年。AF Lep b的质量约为木星的3.2倍，直径约为太阳系气态巨星（木星）的1.2倍。
“AF Lep b正好处于可探测之内的边缘，尽管JWST（詹姆斯·韦伯太空望远镜的简称）极其灵敏，但它比我们地面上最大的望远镜要小”，德克萨斯大学奥斯汀分校的研究员凯尔·弗兰森在一份声明中说。“并且我们是在更长的波长下观测，这会使得天体看起来更加模糊。当它们看起来非常接近时，区分天体就会变得非常困难”
然而，由于AF Lep b距离地球88光年，它在JWST的视野中仅仅是一个小光点。幸运的是，天文学家即便从这个“小光点”中也能了解到大量信息。
灯塔上的萤火虫
自从20世纪90年代发现第一颗系外行星以来，系外行星条目已迅速增长到超过6000多个，还有数千颗有待确认。然而，其中只有极少数的行星可以被直接拍摄。
大多数的系外行星都是通过它们对其宿主恒星的影响而被探测到的，这些影响包括它们在经过恒星表面时遮挡光线或者对恒星施加的引力作用。
这是因为，当我们从数光年外观察时，系外行星与其主恒星之间角距会变得非常小，导致它们难以区分并被主恒星的光芒淹没。这可以想象成站在远离岸边的船甲板上，试图看到坐在灯塔灯上的萤火虫发出的微弱光点。
JWST在观测绕恒星运动的系外行星时有一个优势，它配备了一个叫做日冕仪的仪器。日冕仪可以遮挡恒星发出的光线，使绕其运行的行星更容易被观测。AF Lep b作为一颗非常年轻的行星，它的“萤火虫光芒”非常强烈，因此是此类观测的理想候选者。
该团队希望更多的了解这颗系外行星的大气层，因为像AF Lep b这样质量与太阳系气态巨星相似的行星非常罕见。为了实现这个目标，团队必须迅速行动。
詹姆斯·韦伯太空望远镜于2023年10月和2024年1月拍摄的系外行星AF Lep b的图像
（图片来源： K. Franson等，《天体物理学杂志快报》）
之所以会出现这场天文学家与时间的赛跑，是因为这颗遥远的气态巨星目前与其恒星之间的距离约为地球和太阳之间距离的八倍。但是从我们的角度来看，它的轨道正在朝恒星靠拢。
在目前与其恒星的距离下，日冕仪阻挡了AF Lep的90%的光线。但随着这颗行星逐渐靠近恒星，越来越多的光线将被遮挡，直到即便JWST使用这个工具也无法看到这颗行星。
团队本来可以等待AF Lep b从恒星的另一侧出现，但是由于其轨道周期为25地球年，因此可能需要十多年才能等到这一时刻。
“传统观点认为，JWST在探测远轨道低质量行星方面比地面望远镜更灵敏。在它发射之前，能否在小角距上具有竞争力尚不明确。”团队成员、德克萨斯大学天文学家布伦丹·鲍勒在声明中说到。“我们确实在把仪器推向它的极限。”
团队通过观测发现，AF Lep b具有非常活跃的大气层，存在对流电流将高低层的元素混合在一起。研究小组还在AF Lep b周围检测到了比预期更多的一氧化碳。他们推测，强烈的上升气流是将这种气体输送到行星上层大气的唯一方式。
令人兴奋的是团队对这颗系外行星有了更多的了解，但更令人激动的是，这些观测居然是可能的。这项研究进一步表明了JWST的表现超出了预期。
“从大方向上来看，这些数据是JWST运行的第二年获取的，”鲍勒总结道，“这不仅仅是关于我们目前已知的行星，更与我们即将发现的行星有关。这预示着我们将在未来几年将看到的令人激动的工作”
“未来还有更多的发现在等着我们。”
该团队的研究成果发表在《天体物理学杂志》上。
BY:Robert Lea
FY: casyo8
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