臺北市立天文科學教育館

熾熱氣體巨行星WASP-96 b環繞光譜分類為G8的類太陽恆星WASP-96公轉，韋伯太空望遠鏡捕捉到WASP-96 b大氣中水的光譜特徵，以及雲和霧霾等證據。這是迄今為止同類觀察中最詳細的光譜資料，展示韋伯太空望遠鏡觀測數百光年外系外行星大氣的能力，同時也代表在探索地球以外潛在的適居行星方面取得了巨大的飛躍。
 
WASP-96 b是銀河系中5000多顆已確認的系外行星之一。它位於鳳凰座，距離我們約1,150光年，直徑是木星的1.2倍，質量卻不到木星的一半，溫度超過 1000℉(538℃)。WASP-96 b的公轉軌道非常靠近它的母恆星WASP-96，只有水星和太陽之間距離的九分之一，公轉週期3.5天。體積大、公轉週期短、密度小的大氣以及附近沒有天體的”光污染”，使得WASP-96 b成為觀測大氣的理想目標。
 
韋伯太空望遠鏡的近紅外成像儀暨無狹縫光譜儀(Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph, NIRISS)能夠檢測到僅約千分之一微米的色差（綠光和黃光之間的色差約為千分之50微米），以及這些色光之間百萬分之幾百的亮度差異。
 
6月21日，NIRISS在WASP-96 b經過WASP-96前時，持續6.4 個小時偵測星光的亮度變化。結果顯示WASP-96的亮度在”行星凌日”期間整體變暗。且與WASP-96的原始光譜作比較，星光穿過WASP-96 b的大氣後，波長在0.6和2.8微米之間的紅外光亮度有變化，透射光譜顯示某些特徵波長的紅外光被大氣分子吸收。就像每個人擁有獨特的指紋和DNA序列一樣，原子和分子也具有它們獨特的吸收特徵波長，研究人員根據這些特徵波長檢測行星大氣中關鍵氣體的豐度。透射光譜揭示了WASP-96 b前所未見的大氣細節：水的明確特徵、霧霾的跡象、以及根據先前的觀察被認為不存在的雲。

圖說：WASP-96 b”行星凌日”時，WASP-96的相對亮度變化

 
雖然哈伯太空望遠鏡在過去的二十年中分析了許多系外行星的大氣層，並在 2013年首次探測到水。但是NIRISS捕獲的WASP-96 b透射光譜不僅是迄今為止最詳細的系外行星大氣中近紅外光光譜，而且還涵蓋了非常寬的波長範圍，包括紅光和部分以前無法從其他望遠鏡獲得的波段（波長超過1.6微米）。這部分的波段對水以及其他關鍵分子，如氧、甲烷和二氧化碳等特別靈敏，但是這些關鍵分子在WASP-96 b透射光譜中並不明顯，但在韋伯太空望遠鏡計劃觀察的其他系外行星中應該可以檢測到。


圖說：藍線是最佳擬合曲線，參考了WASP-96 b及其母恆星的特性（如大小、質量、溫度）之觀測數據，所呈現的大氣特徵。
 
研究人員將能夠使用光譜測量大氣中的水氣量，以及碳和氧等等各種元素的豐度，並估計隨深度(高度)變化的大氣溫度。研究人員還可以使用這些光譜資訊來推斷行星的整體結構，以及行星的形成方式、時間和地點。
 
通過同時分析在觀測中獲得的280個單獨的光譜所製成的極其詳細的光譜，提供了韋伯太空望遠鏡對於系外行星研究所具有的能力。在接下來的一年裡，研究人員將使用光譜分析數十個系外行星的表面和大氣，從小型的岩質行星到富含氣體和冰的巨行星。韋伯太空望遠鏡第1週期觀測時間將近四分之一用於研究系外行星及其組成成分。(編譯/施欣嵐)

資料來源：NASA