尋找外太空的其他行星，一直十分吸引人類(lèi)的興趣；當(dāng)找到了以後，我們又很好奇這些行星上有沒(méi)有水、甲烷等等生命的痕跡。上回我們介紹了功能強(qiáng)大的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（James Webb Space Telescope，JWST），今次就跟大家分享一下，天文學(xué)家們又是如何運(yùn)用這個(gè)強(qiáng)力的儀器去探索其他外太空行星的甲烷成分。

這次研究的對(duì)象是位於天鷹座的行星WASP-80b。它是一顆像木星的氣體行星，每三天圍繞附近的一枚恒星轉(zhuǎn)動(dòng)一圈。WASP-80b雖然大小和木星差不多，不過(guò)質(zhì)量卻只有它的一半。就跟我們的月亮一樣，WASP-80b只會(huì)永遠(yuǎn)用同一面面對(duì)它的主恒星。它的表面溫度高於攝氏500度，比我們太陽(yáng)系中任何行星都要熱。不過(guò)和一些高達(dá)攝氏5,000度的行星比，這自然是「小巫見(jiàn)大巫」。

WASP-80b的質(zhì)量較大，所以相對(duì)容易被發(fā)現(xiàn)，也成為了人類(lèi)研究外太空行星大氣層的對(duì)象。我們已經(jīng)在它的大氣層中找到水分和二氧化碳，可是對(duì)甲烷的存在卻不是十分確定。

確認(rèn)甲烷的含量有非常重要的意義：一來(lái)它是推斷行星碳含量的重要資料，容許我們對(duì)各個(gè)行星作比較；二來(lái)甲烷和水分相類(lèi)，也暗示著生命的存在，雖然甲烷不一定來(lái)自生物生活的過(guò)程，但也很值得參考。

計(jì)算大氣輻射差 反推物料成分

怎樣知道遙遠(yuǎn)行星的大氣層中有什麼物料？我們可以運(yùn)用各種物料的特有性質(zhì)，基於量子物理的原理，每一種材料只會(huì)吸收和釋放特定波長(zhǎng)的輻射，因此反過(guò)來(lái)說(shuō)，我們就可以經(jīng)由觀察哪個(gè)波長(zhǎng)的輻射被吸收或釋放，來(lái)斷定當(dāng)中的究竟是什麼物質(zhì)。1868年，天文學(xué)家讓森（Jules Janssen）和洛克耶（Joseph Norman Lockyer）就從太陽(yáng)表面發(fā)出的光譜中觀察到之前沒(méi)有見(jiàn)過(guò)的輻射，因而推斷太陽(yáng)表面含有新的元素，就是我們現(xiàn)在熟知的氦氣。

不過(guò)，要觀測(cè)WASP-80b的大氣層也不容易，這顆行星和它的主恒星十分接近，所以容易被主恒星的光芒掩蓋。

天文學(xué)家也設(shè)計(jì)了相應(yīng)的解決方法，他們首先運(yùn)用JWST去觀察WASP-80b的主恒星，因而熟知了這顆恒星大氣層發(fā)出的輻射。當(dāng)WASP-80b圍繞這個(gè)恒星公轉(zhuǎn)，會(huì)運(yùn)行至地球和主恒星之間，這時(shí)再觀察量度到的輻射，計(jì)算其差值，可推測(cè)其中的數(shù)值變化就是源於WASP-80b，因此我們就可以推斷出它大氣層中的物料成分。

仔細(xì)一想，這個(gè)方法只量度了WASP-80b背光一面的成分，要觀察向光的一面也可以利用相似的策略：比較一下WASP-80b躲到主恒星後面時(shí)的光譜和還未完全躲起來(lái)時(shí)的光譜，兩者之間的差別應(yīng)為WASP-80b向光面發(fā)出的輻射。

最後，研究團(tuán)隊(duì)在WASP-80b的兩面都找到甲烷和水分，兩面中甲烷的濃度也差不多，可推測(cè)出WASP-80b擁有一個(gè)流動(dòng)量高的大氣層，當(dāng)中各種成分能夠均勻地混合在一起，WASP-80b的大氣層成分也跟太陽(yáng)的相差甚遠(yuǎn)，可供我們繼續(xù)探索。

小結(jié)

今次分享的研究，運(yùn)用了JWST上的儀器去探索外太空行星的化學(xué)成分，現(xiàn)在雖然還不能把這個(gè)發(fā)現(xiàn)和生命的存在畫(huà)上等號(hào)，但鼓勵(lì)了人類(lèi)繼續(xù)向這方面探索。

●杜子航 教育工作者

簡(jiǎn)介：早年學(xué)習(xí)理工科目，一直致力推動(dòng)科學(xué)教育與科普工作，近年開(kāi)始關(guān)注電腦發(fā)展對(duì)社會(huì)的影響。