这一发现代表着在太阳系外寻找宜居行星的“巨大一步”

研究：JWST/NIRISS揭示了GJ 9827 d富含水的“蒸汽世界”大气（DOI: 10.3847/2041-8213/ad6f00）

近100光年外，有一颗我们从未见过的行星。根据一项新的研究，这颗被称为GJ 9827 d的行星大约是地球大小的两倍，其大气层几乎完全由水蒸气组成。

“这是我们第一次看到这样的东西，”埃山·劳尔（Eshan Raul）说，他在密歇根大学（University of Michigan）读本科时分析了詹姆斯·韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope，简称JWST）关于GJ 9827 d的数据。“需要明确的是，这个星球至少不适合我们在地球上熟悉的生命类型。这颗行星似乎主要由热水蒸气组成，这使它成为我们所说的‘蒸汽世界’。”

天文学家已经从理论上证实了这类行星的存在，但这项研究首次通过观测证实了蒸汽世界的存在。而且，尽管GJ 9827 d不可能支持我们所知的生命，但发现它独特的大气层，为研究其他小行星及其孕育生命的潜力开辟了新的可能性。

这项研究是由蒙特里萨大学Trottier系外行星研究所的Caroline piauet - ghorayeb领导的，他们使用了一种叫做透射光谱的技术来测量GJ 9827 d的大气成分。透射光谱测量的是一颗行星的大气吸收了多少不同波长或颜色的星光。

Piaulet-Ghorayeb说，到目前为止，几乎所有有大气层的系外行星都主要由最轻的元素——氢和氦构成，就像我们太阳系中的气态巨行星木星和土星一样。也就是说，它们与地球上适宜生命生存的环境明显不同。

Piaulet-Ghorayeb说：“GJ 9827 d是我们发现的第一颗像太阳系类地行星一样富含重分子大气层的行星。”“这是巨大的一步。”

她补充说，一旦确定了这些类型的行星，科学家们就可以在未来寻找生命。

密歇根大学天体物理学家、美国国家航空航天局萨根研究员瑞安·麦克唐纳说，对生命的大规模探索吸引了——并将继续吸引——许多研究人员进入这个领域。现在有了JWST，科学有了一个无与伦比的工具来进行发现。

麦克唐纳说：“即使是在2022年JWST的早期观测中，研究人员也发现了对遥远气体巨星大气的新见解。”

但是，研究由轻气体（如氢气）组成的大气，在技术上要比探测由重分子（如GJ 9827 d上看到的水蒸气）组成的大气要小得多。

麦克唐纳说：“现在我们终于深入研究了这些大小介于地球和海王星之间的神秘世界，它们在我们自己的太阳系中没有任何例子，实际上是由什么构成的。”“这是在未来几年探测可居住的系外行星上的大气的关键一步。”

团队合作让蒸汽世界梦想成真

在这项研究之前，gj9827d并非完全未知。开普勒太空望远镜于2017年首次发现了它。然后，今年早些时候，哈勃太空望远镜在这颗行星的大气中发现了水蒸气的迹象。

但是探测到大气中水汽的迹象和断言大气被水汽毫无疑问地覆盖着是有很大区别的。

为了做出这一断言，这项新研究背后的团队使用了JWST的近红外成像仪和无缝隙光谱仪（NIRISS）的新观测结果。当GJ 9827 d从其恒星前经过或凌日时，研究小组使用JWST捕捉了穿过其大气层的光谱。

这个项目的密歇根大学团队是两个独立工作小组之一，他们确定了大气成分会导致观测到的光谱。在密歇根大学，劳尔使用麦克唐纳开发的软件进行大气分析。这个过程被称为大气检索，劳尔在研究蒸汽世界的解释之前，生成了数百万个模型大气。

这意味着劳尔是最早看到蒸汽世界存在的直接证据的人之一。

“那是一个非常超现实的时刻，”劳尔说，他现在正在威斯康星大学麦迪逊分校攻读博士学位。“我们专门寻找水世界，因为我们假设它们可能存在。如果这些都是真的，那你真的会想知道外面还有什么。”

他邀请读者们继续关注JWST，因为它为我们更深入地了解我们自己之外的世界打开了大门。GJ 9827 d可能最终代表了我们银河系中最常见的行星类型之一。

劳尔说：“在我职业生涯的这个阶段，能够从有史以来最强大的望远镜上处理这些数据，我相信这表明，对于年轻人来说，现在是进入天文学的最佳时机。”

麦克唐纳表示同意。

“每隔几个月，系外行星天文学就会有新的突破，”他说。“我们仍然只是触及了顶级问题的表面，因此发现的阶段空间很大。”