【星聞星事128】JWST揭示了系外行星WASP-96 b的大氣特征

WASP-96 b是一顆熾熱的氣態(tài)巨行星，質(zhì)量不到木星的一半，半徑約為木星的1.2倍，以約3.4天的周期圍繞一顆距離我們約1150光年的類太陽恒星運(yùn)動(dòng)。這顆行星的軌道離主星非常近，只有約0.043 AU，比水星和太陽之間的距離還近得多，因此行星的環(huán)境很熱。

WASP-96 b于2014年通過地面觀測(cè)SuperWASP發(fā)現(xiàn)，并獲得了HST、Spitzer等空間項(xiàng)目和VLT等地基望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)。此前的觀測(cè)對(duì)這顆行星進(jìn)行了鈉原子豐度的精確測(cè)量，顯示出與晴朗無云大氣模型一致的吸收特征，并檢測(cè)到了水分子的存在。WASP-96 b具有大體積、短周期等特征，且是晴空特征最明顯的熱木星之一，是行星大氣觀測(cè)的理想目標(biāo)，引起了研究者們的廣泛注意。

行星經(jīng)過主星前方時(shí)，會(huì)遮擋住部分的恒星光，導(dǎo)致恒星亮度周期性變暗，這可以通過恒星的光變曲線來表征。JWST的近紅外成像儀和無縫光譜儀（NIRISS）得到了WASP-96恒星系統(tǒng)的凌星光變曲線，如圖1所示，行星的凌星深度（行星遮擋恒星光的百分比）只有不到1.5%。通過高精度的光變曲線觀測(cè)，可以進(jìn)一步完善現(xiàn)有的觀測(cè)結(jié)果，對(duì)行星的半徑、凌星時(shí)長(zhǎng)、軌道信息等給出更加準(zhǔn)確的測(cè)定。

圖1. JWST的NIRISS儀器觀測(cè)到的WASP-96 b的凌星光變曲線。觀測(cè)模式為單目標(biāo)無縫光譜(SOSS)的時(shí)序觀測(cè)，總觀測(cè)時(shí)間為6小時(shí)23分鐘，獲得了280次單獨(dú)的光度測(cè)量數(shù)據(jù)。凌星深度約為1.5%。圖片來自WEBB Space Telescope.

行星凌星時(shí)，恒星光穿過行星大氣層，受到行星大氣的消光作用，表現(xiàn)出與波長(zhǎng)相關(guān)的吸收特征，這可以通過行星的透射光譜來表征。通過研究行星的透射光譜，我們可以推斷出行星大氣的氣體組成、溫度結(jié)構(gòu)、云霾存在等。JWST的NIRISS儀器觀測(cè)了WASP-96 b從0.6（可見光）到2.8 微米（近紅外）的透射光譜，如圖2所示，凌星深度從1.36%到1.47%不等。這是迄今為止獲得的最詳盡的系外行星紅外透射光譜，在2022年7月12日作為JWST的5張首批公開圖像之一發(fā)布，并且是這批發(fā)布中唯一不是彩圖的光譜數(shù)據(jù)。

對(duì)光譜的初步分析顯示，WASP-96 b的大氣中存在水分子吸收的明確特征。短波部分的斜率顯示出大氣中可能有霧霾的存在。水的吸收峰弱于預(yù)期，表明WASP-96 b的大氣中可能有云的存在，抑制了水分子的吸收特征。由于此前的觀測(cè)認(rèn)為這顆行星的大氣中不存在云，這是一個(gè)令人驚喜的結(jié)果！光譜還顯示出這顆行星的大氣溫度約為1005 K。

圖2. JWST的NIRISS儀器SOSS模式觀測(cè)到的WASP-96 b的透射光譜，凌星深度為1.36% - 1.47%。藍(lán)色曲線是最佳擬合的光譜模型，標(biāo)記出的4個(gè)突出峰代表了水的吸收。光譜顯示出水的明確吸收特征，霧霾的跡象，以及未預(yù)期到的云的存在。圖片來自WEBB Space Telescope.

由于JWST先進(jìn)的設(shè)計(jì)，NIRISS可以達(dá)到千分之一微米量級(jí)的波長(zhǎng)分辨率，并能探測(cè)出這些波長(zhǎng)位置處約0.02%水平我b的亮度差異，有能力對(duì)系外行星的大氣進(jìn)行詳盡的觀測(cè)。在接下來的一年中，研究人員將對(duì)數(shù)十個(gè)系外行星進(jìn)行光譜分析，將為行星大氣領(lǐng)域帶來更多突破性的進(jìn)展。

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https://webbtelescope.org/contents/media/images/2022/032/01G72W1XZK6A79RJK2Z93D58CD

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供稿來源：南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院

編譯：王婉好

審校：謝基偉