韋伯望遠鏡首度捕捉系外行星二氧化碳影像

韋伯望遠鏡的最新發現為系外行星研究揭開了令人振奮的新篇章，首次直接捕捉到遙遠行星大氣中的二氧化碳影像。這項突破不僅證實了HR 8799系統中的巨大行星可能像木星和土星一樣，透過核心吸積的方式形成，更展示了韋伯望遠鏡在分析外星世界細節方面的卓越能力。

韋伯望遠鏡成功捕捉到系外行星大氣中的二氧化碳影像，這標誌著行星科學的一個重要里程碑。這項發現來自距離地球130光年的HR 8799系統，該系統一直是研究行星形成過程的焦點。這些觀測結果提供了強有力的證據，表明HR 8799的四顆巨大行星可能與木星和土星的形成方式相同，即透過逐漸累積固體核心並吸引氣體的方式形成。

這項研究也展示了韋伯望遠鏡不僅能從星光中推測大氣成分，更能直接分析系外行星大氣的化學組成。約翰霍普金斯大學的天體物理學家William Balmer表示：「透過觀測到這些強烈的二氧化碳特徵，我們發現這些行星大氣中存在大量較重的元素，如碳、氧和鐵。這表明它們可能透過核心吸積的方式形成，這對我們能直接觀測到的行星來說是一個令人興奮的結論。」

這項研究還分析了距離地球96光年的51 Eridani系統，並於3月17日發表在《天體物理學期刊》上。HR 8799是一個約3000萬年歷史的年輕系統，相較於我們太陽系的46億年歷史，它仍處於形成初期。由於其行星仍在釋放大量紅外線，科學家得以獲得寶貴的資料，比較它們的形成過程與恆星或褐矮星的形成過程。

巨大行星的形成方式主要有兩種：一種是像我們太陽系中的行星那樣，透過逐漸累積固體核心並吸引氣體；另一種則是從年輕恆星的冷卻盤中迅速坍縮成巨大物體。瞭解哪種模式更為普遍，可以幫助科學家區分他們在其他系統中發現的行星型別。

Balmer進一步解釋：「我們希望透過這類研究來理解我們自己的太陽系、生命以及我們自己，並與其他系外行星系統進行比較，從而將我們的存在置於更大的背景中。我們希望拍攝其他太陽系統的照片，看看它們與我們的系統有何相似或不同之處。從中，我們可以試圖瞭解我們的太陽系究竟有多奇特——或者有多普通。」

目前，只有極少數的系外行星被直接拍攝到，因為這些遙遠的行星比它們的恆星暗淡數千倍。透過利用韋伯望遠鏡在特定波長下捕捉直接影像，研究團隊為更詳細的觀測鋪平了道路，以確定他們看到的繞行其他恆星的物體是否真的是巨大行星，還是像褐矮星這樣的天體。

空間望遠鏡科學研究所的天文學家Laurent Pueyo表示：「我們有其他證據表明，HR 8799的四顆行星是透過這種自下而上的方式形成的。這種方式在我們能直接觀測到的長週期行星中是否普遍？我們還不知道，但我們正在提議進行更多的韋伯觀測，以回答這個問題。」

這項成就得益於韋伯望遠鏡的日冕儀，它能像日食一樣遮擋明亮恆星的光線，從而揭示隱藏的行星。這使得團隊能夠在特定波長下尋找紅外線，以揭示特定氣體和其他大氣細節。

研究團隊在3-5微米波長範圍內發現，HR 8799的四顆行星含有比預期更多的重元素，這進一步暗示它們的形成方式與我們太陽系中的氣態巨行星相同。觀測還首次在4.6微米波長下檢測到HR 8799 e行星，並在4.1微米波長下檢測到51 Eridani b行星，展示了韋伯望遠鏡在觀測靠近明亮恆星的暗淡行星方面的靈敏度。

2022年，韋伯望遠鏡的一項關鍵觀測技術間接檢測到另一顆系外行星WASP-39 b的二氧化碳，當時是透過追蹤其大氣在行星經過恆星前方時如何改變星光來實現的。

空間望遠鏡科學研究所光學實驗室主任Rémi Soummer補充道：「我們知道韋伯望遠鏡可以測量直接成像系統中外行星的顏色。我們已經等待了10年，以確認我們對望遠鏡的精細操作也能讓我們觀測到內行星。現在結果出來了，我們可以用它來進行有趣的科學研究。」

研究團隊希望利用韋伯望遠鏡的日冕儀分析更多的巨大行星，並將它們的組成與理論模型進行比較。Balmer表示：「這些巨大行星具有相當大的影響力。如果這些巨大的行星像保齡球一樣穿過你的太陽系，它們可能會嚴重破壞、保護或對像我們這樣的行星產生雙重影響。因此，更多地瞭解它們的形成過程，是理解未來類地行星形成、生存和宜居性的關鍵一步。」