美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜是一个真正的技术奇迹。 作为有史以来最大、最复杂的太空望远镜，韦伯能够收集几乎自宇宙诞生以来已经传播了 13.5 亿年的光。 实际上，韦伯是一台时间机器，让我们能够观察大爆炸后形成的第一个星系。 因为它收集红外光，可以直接透过阻挡大多数其他望远镜视线的巨大尘埃云进行观察。 韦伯的威力是哈勃太空望远镜的 100 倍。 最值得注意的是，韦伯拥有 21 英尺宽（6.5 米宽）的分段镜组，其强大的功能足以在围绕其他恒星运行的行星大气中寻找水蒸气。 它将为这些系外行星打开一扇新窗口，以前所未有的光波长观察它们，并帮助我们获得关于它们性质的新见解。 韦伯将帮助我们了解星系如何在数十亿年的时间里演变成大螺旋，就像我们自己的银河系一样，在遥远的行星上寻找可居住的迹象，并深入尘埃笼罩的恒星托儿所的中心。 该天文台于 2021 年圣诞节从南美洲发射。图片来源：NASA/JPL-Caltech
本周，韦伯望远镜的调试之旅继续进行，中红外仪器 (MIRI) 通过关键的“夹点”成功冷却到其最终工作温度低于 7 开尔文（-447 华氏度，或-266 摄氏度）。 这是完成反射镜对准过程的第七阶段和最后阶段的先决条件。 接下来的步骤包括对 MIRI 的初步检查，并继续到与所有四种科学仪器进行多仪器、多场校准的最后阶段。
上周，我们分享了为韦伯计划的关于恒星和行星形成的酷科学。 今天，我们将详细了解韦伯将如何研究其他恒星周围的行星，这些恒星被称为系外行星或系外行星。 韦伯的系外行星科学副项目科学家 Knicole Colón 将我们带入探索太阳系以外新世界的发现空间。 Colón 博士带来了独特的视角，因为她也是凌日系外行星调查卫星 (TESS) 的项目科学家，该任务发现了韦伯将观察到的许多系外行星目标。
这张图显示了一颗系外行星绕着它明亮得多的恒星运行。 借助其机载日冕仪，韦伯将允许科学家以他们以前从未见过的红外波长观察系外行星。 图片来源：NASA、ESA 和 G. Bacon (STScI)
“在过去的 30 年里，天文学家已经发现了 5,000 多颗系外行星。 这些发现表明，系外行星的质量、大小和温度范围很广，并围绕所有类型的恒星运行，从而形成了极其多样化的世界。
“凭借其在宽广的红外波长范围内强大的光谱和成像能力，韦伯准备彻底改变我们对这些世界的组成和行星形成盘的认识。 从可能是岩石的小型系外行星到巨大的气态行星，韦伯将使用凌日技术观察这些世界。 直接成像技术将用于研究年轻的巨型系外行星以及行星围绕恒星形成和演化的环境，即原行星盘和碎片盘。
“将与韦伯一起完成的一项具体的系外行星观测包括收集行星轨道过程中的观测数据，以测量大气成分和动力学。 我参与了一个观察气态巨行星的计划 HD 80606 b 作为韦伯第一年观察的一部分。 由于 HD 80606 b 的轨道非常偏心（非圆形）且长（111 天），因此行星从其恒星接收的能量大约是地球从太阳接收的能量的 1 到 950 倍！ 这会导致极端的温度变化，预计这会导致云在很短的时间内迅速形成并消散在行星的大气层中。 我们的科学团队将使用韦伯上的 NIRSpec 仪器测量来自行星大气的热光，在 HD 18 b 穿过其恒星后连续约 80606 小时观察它的过程中，实时探测这些预测的云动态。
显示了 HD 80606 b 的轨道配置以及从地球和韦伯在几个轨道阶段观察到的预期温度变化。 显示了约 18 小时韦伯观测的计划“开始”和“结束”。 学分：改编自 de Wit 等人。 2016; 由詹姆斯·西科拉提供
“除了天然气巨头，还有一些 韦伯第一年观测的系外行星目标 是比太阳更小、更冷的小恒星，被称为 M 矮星。 虽然系外行星的发现始于大约 30 年前，但在过去几年中，许多围绕 M 矮星的小型系外行星是通过诸如此类的调查才发现的 TESS. 韦伯的观测将开始通过寻找大气中水、二氧化碳和甲烷等分子的证据来揭示这些小行星上存在的大气的多样性。 因为 M 矮星通常比太阳活跃得多，并且有可能会剥离这些行星的大气层的高能恒星耀斑，韦伯的观测甚至可能揭示这些小行星中的一些根本没有大气层。
这张艺术家的插图展示了 TESS 在名为 L 98-59 的 M 矮星周围发现的三颗小行星。 行星 c 和 d 分别是地球的 1.4 倍和 1.6 倍，将在韦伯科学的第一年被观测到。 致谢：美国宇航局戈达德太空飞行中心
“随着 TESS 和其他调查继续以常规速度在我们的银河系中发现更多行星，而韦伯准备研究许多这些新发现的世界的大气层，我们的系外行星冒险在许多方面才刚刚开始。”
– Knicole Colón，韦伯的系外行星科学副项目科学家，美国宇航局戈达德太空飞行中心
Stefanie Milam，韦伯行星科学副项目科学家，美国宇航局戈达德
乔纳森·加德纳，韦伯副高级项目科学家，美国宇航局戈达德
