美国宇航局韦伯太空望远镜拍摄 12 光年外的寒冷系外行星

一个国际天文学家团队利用美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜直接拍摄了一颗距离地球约 12 光年的系外行星。这颗行星名为 Epsilon Indi Ab，是迄今为止观测到的最冷的系外行星之一。

这颗行星的质量是木星的几倍，围绕 K 型恒星 Epsilon Indi A (Eps Ind A) 运行，这颗恒星的年龄与太阳差不多，但温度略低。该团队使用韦伯望远镜MIRI (中红外仪器) 上的日冕仪观测了 Epsilon Indi Ab。此前，太空和地面天文台仅直接拍摄了几十颗系外行星的图像。

图片A：系外行星Epsilon Indi Ab

“我们之前对这个系统的观测更多的是间接测量恒星，这实际上让我们提前看到这个系统中可能有一颗巨大的行星在牵引恒星，”团队成员、德克萨斯大学奥斯汀分校的卡罗琳·莫利说。“这就是我们团队选择用韦伯望远镜首先观测这个系统的原因。”

“这一发现令人兴奋，因为这颗行星与木星十分相似——它稍微温暖一些，质量更大，但与迄今为止所拍摄到的任何其他行星相比，它与木星的相似度更高，”该研究的主要作者、德国马克斯普朗克天文研究所的伊丽莎白马修斯补充道。

之前拍摄的系外行星往往是最年轻、最热的系外行星，它们仍然在辐射大量形成时的能量。随着行星在其生命周期内冷却和收缩，它们会变得非常暗淡，因此更难拍摄。

太阳系模拟

“冷行星非常暗淡，它们的大部分辐射都是中红外，”马修斯解释道。“韦伯非常适合进行中红外成像，这在地面上是极其困难的。我们还需要良好的空间分辨率来区分图像中的行星和恒星，而韦伯的大镜子在这方面非常有帮助。”

印第安纳波利斯 AB 是直接探测到的最冷的系外行星之一，估计温度为 35 华氏度（2 摄氏度）——比我们太阳系外任何其他被成像的行星都要冷，也比除一颗自由漂浮的棕矮星之外的所有行星都要冷。这颗行星的温度只比我们太阳系中的气态巨行星高出约 180 华氏度（100 摄氏度）。这为天文学家提供了一个难得的机会来研究真正的太阳系类似物的大气成分。

“几十年来，天文学家一直在想象这个系统中的行星；围绕印第安埃普西隆运行的虚构行星一直是《星际迷航》剧集、小说和《光环》等视频游戏的场景，”莫利补充道。“亲眼看到那里的行星并开始测量其特性，真是令人兴奋。”

不如预期

印第安纳波利斯 A 是迄今为止已知的距离地球最近的第十二颗系外行星，也是质量比木星更大的行星。科学团队之所以选择研究印第安纳波利斯 A，是因为该系统使用一种称为径向速度的技术显示出可能存在行星体的迹象，该技术可以测量主恒星沿我们视线的来回摆动。

“虽然我们预计会在这个系统中拍摄到一颗行星，因为有径向速度迹象表明它的存在，但我们发现的这颗行星并不是我们预测的那样，”马修斯分享道。“它的质量大约是我们的两倍，距离恒星稍远，轨道也与我们预期的不同。造成这种差异的原因仍是一个悬而未决的问题。这颗行星的大气层似乎也与模型预测略有不同。到目前为止，我们只对大气层进行了少量光度测量，这意味着很难得出结论，但这颗行星在较短波长下比预期的要暗淡。”

研究小组认为，这可能意味着该行星的大气中含有大量甲烷、一氧化碳和二氧化碳，它们吸收了较短波长的光。这也可能意味着该行星的大气非常浑浊。

系外行星的直接成像对于表征尤其有价值。科学家可以直接收集被观测行星的光并比较其在不同波长下的亮度。到目前为止，科学团队只在几个波长下探测到了 Epsilon Indi Ab，但他们希望未来能用韦伯再次访问这颗行星，进行光度和光谱观测。他们还希望用韦伯探测其他类似的行星，以发现它们的大气层和这些物体形成方式的可能趋势。

美国宇航局即将发射的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜将使用日冕仪展示直接成像技术，拍摄围绕类太阳恒星运行的类木行星——这是前所未有的。这些结果将为未来研究更像地球的行星铺平道路。

这些结果是利用韦伯望远镜第 1 周期通用观察程序 2243 拍摄的，并已发表在《自然》杂志上。

詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界一流的太空科学观测站。韦伯正在解开太阳系的谜团，探索其他恒星周围的遥远世界，并探索宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。韦伯是一个由 NASA 及其合作伙伴 ESA（欧洲航天局）和 CSA（加拿大航天局）领导的国际项目。