詹姆斯·韦伯望远镜拍摄的可怕图像，改变了一切

理论物理学家米奇奥·卡库公布了一个令人震惊的发现，这是詹姆斯·韦伯太空望远镜的一项引人入胜的探索。你或许会感到惊讶，像米奇奥这样的知名人士，他坚信宇宙中遥远星球上存在着生命，甚至我们自己的太阳系也不例外，但这项最新的发现却让我们对星系形成和宇宙起源的认识提出了挑战。那么，詹姆斯·韦伯望远镜在比邻星b上究竟发现了什么惊人的新事物，为什么科学家们认为这项发现能够改变我们对生命的了解呢？

詹姆斯·韦伯望远镜

詹姆斯·韦伯太空望远镜发现了一个遥远的类太阳恒星周围的一颗气态巨行星，这颗行星有着浓厚的大气层，其中含有水分，并且有云和雾的迹象。这是一项惊人的发现，它展示了韦伯望远镜在研究数百光年外的行星大气层方面的无与伦比的能力，也是人类在寻找可能适合生命存在的系外行星方面的重大进展。

这项发现是通过观测特定色调的光线亮度的微小变化来实现的，这种变化反映了特定气体分子的存在。这是迄今为止最精确的一种观测方法，超越了哈勃太空望远镜在过去 20 年里对许多系外行星大气层的研究，包括 2013 年对水的第一个清晰探测。目前已知银河系中有超过 5000 个系外行星，其中就包括这颗被称为 WASP-96b 的气态巨行星。

WASP-96b 是一种在我们太阳系中没有类似物的气态巨行星，它位于南天凤凰座中，距离我们大约 1.15 光年。它的直径比木星大 1.2 倍，但质量却不到木星的一半，而且温度非常高，达到了 1000 华氏度。它绕着它的类太阳恒星旋转非常快，只需要 3.5 天就完成一次周期，距离它只有水星和太阳距离的九分之一。

由于它有着巨大的体积、快速的轨道周期、膨胀的大气层以及周围没有干扰光线的天体，WASP-96b 成为了研究大气层的理想目标。去年，在这颗行星经过恒星前方时，韦伯望远镜用它的近红外成像仪和无缝光谱仪观测了它 6.4 小时。结果得到了一条光曲线和一条传输光谱。

光曲线显示了在凌日过程中恒星光线总体降低的情况，而传输光谱显示了在 0.6 到 2.8 微米之间不同红外光波长的亮度变化情况。传输光谱揭示了以前看不到的大气层细节，比如水、雾和云层的明显特征。根据之前的观测结果，这些云层本来被认为是不存在的。而光曲线则证实了从其他观测中已经确定的行星性质，比如它的存在、大小和轨道。

传输光谱是通过比较行星经过恒星前方时被大气层过滤掉的恒星光线和行星在恒星旁边时没有被过滤的恒星光线来创建的。

科学家们可以通过观察行星大气层的光谱，来测量其中重要气体的种类和数量。不同的原子和分子会吸收不同波长的光，就像人们有不同的指纹和 DNA 序列一样。WASP-96b 的光谱是由韦伯太空望远镜的 NIRISS 仪器记录的，它覆盖了一个惊人的波长范围，从可见红光到超过 1.6 微米的红外光。

这是迄今为止最准确的系外行星大气层的近红外传输光谱，而且包含了一个其他望远镜无法观测到的光谱区域。水和其他重要的化学物质，比如氧气、甲烷和二氧化碳，在 WASP-96b 的光谱中并没有明显显示出来，但它们可能存在于其他一些韦伯计划研究的系外行星中，因为这些化学物质对这部分光谱很敏感。

通过分析这个光谱，科学家们可以计算出大气层中水蒸气的含量，限制不同元素（如碳和氧）的比例，并估算出大气层的平均温度。这些数据可以帮助科学家们推断出行星的总体组成，以及它是如何、何时、何地形成的。图上的蓝线表示了最佳拟合模型，它考虑了数据、WASP-96b 及其恒星已知的参数（如大小、质量和温度），以及假设的大气层属性。韦伯太空望远镜能够进行这样精确的测量，得益于它先进的设计。

它 270 平方英尺的镀金镜有效地收集了红外光。它精密的光谱仪将光分成成千上万种红外彩虹。此外，它高灵敏度的红外探测器可以探测到微小的亮度和颜色变化，NIRISS 可以区分那些只有几百万分之一亮度差异和只有几千分之一微米颜色差异的色调。绿色和黄色之间的差异大约是 5 万分之一微米。

此外，韦伯太空望远镜在距离地球大约一百万英里的拉格朗日2点附近运行，远离地球大气层及其干扰效应，使得它能够拥有一个不间断、清晰的视野和数据，可以快速处理。这个非常精确的光谱是通过同时检查 280 个不同光谱而生成的，只是展示了韦伯太空望远镜能够发现关于系外行星信息的一小部分。

在接下来的一年里，使用光谱学研究几十个系外行星的表面和大气层，包括从小型岩石行星到富含气体和冰的巨型行星。研究系外行星及其构成成分占了韦伯第一周期观测时间的近四分之一。这个 NIRISS 的观测表明，韦伯有能力对系外行星的大气层进行详细的分析，包括那些可能适合居住的行星。

比邻星 b 是否是另一个地球呢？

这个问题很难回答，因为没有人真正见过这个遥远的行星，它围绕着红矮星比邻星转动，位于适居带附近。科学家们只是通过观察比邻星的色彩频繁地微小变化，来确定比邻星 b 的位置，它距离地球大概有 4.2 光年。由于比邻星 b 是潮汐锁定的，它只有一面永远面向比邻星，受到光照，而它绕着它的恒星转一圈只需要 11.2 天。红矮星虽然没有我们的太阳那么热，但是比邻星 b 可能有水存在，而且它的大气层可能能够阻挡恒星的射线，并把热量传递到行星的暗面。

要怎么才能确定呢？

天文学家劳拉·克雷德伯格和哈佛大学的阿维·洛布建议使用韦伯太空望远镜。洛布说，像比邻星 b 这样的岩石行星，如果有大气层，就会吸收来自恒星的光线，并重新发射成红外辐射。恰好，韦伯太空望远镜就是为了探测红外光而设计的。韦伯太空望远镜可以利用红外光拍摄比邻星 b 的表面，寻找可能显示这个系外行星是否有水或大气层的模式。但是事情并不那么简单。大气层的存在也许并不意味着生命的存在。

比邻星 b 可能像金星一样，有着比我们厚 90 倍的大气层和强烈的热量。另一方面，一次新的前往半人马座α 的旅行，将寻找能够支持生命的行星。我们最近的恒星邻居，双子恒星系统半人马座α，距离我们只有 4.376 光年。虽然已经进行了许多天文学调查，但是还没有发现确凿的证据表明，半人马座α系统中存在系外行星。这个系统有两颗相互绕转的恒星，这使得寻找行星变得很困难。

寻找系外行星的两种最常用的方法是天体测量法和凌日法。天体测量法是观察恒星在天空中是否有摇摆的证据，这表明有行星等引力作用力在作用于恒星。凌日法是观察恒星是否有不规则的亮度下降，这可能是由行星从观察者前方经过恒星造成的。

半人马座α恒星系统是一个双重结构的系统，由一个类太阳的 G 型主星和一个 K 型橙矮星副星组成。这个系统非常接近地球，只有 4.37 光年的距离，因此一直是寻找系外行星的热门目标。然而，由于它的双重结构，从这个系统中区分可能由系外行星引起的潜在信号一直非常困难。恒星之间的相互作用会干扰凌日法和径向速度法（也称为来回运动）的观测结果。

科学家们曾经在半人马座 B 附近寻找过行星，但是没有成功。2012 年，他们误以为发现了一颗名为半人马座 Bb 的行星，但在 2015 年被证明是错误的。2013 年，他们观测到了一个可能的行星凌日，但后来发现那颗行星离它的母恒星太近，无法适合生命存在。2021 年，他们又用直接热成像的方法，在半人马座 A 周围发现了一个潜在的行星，取名为潜在 1 C1。

2019 年，宣布他们将支持轨道干涉测量望远镜 Toliman，以寻找附近的系外行星。这个低成本的任务提案是由澳大利亚悉尼大学的一个团队提出的，目标是使用天体测量法在半人马座α系统中寻找可能适居的系外行星。

他们设计了一个特殊的望远镜，叫做 Toliman，它可以用一个衍射瞳孔镜面图案将阳光分散成一个复杂的花形图案，从而能够非常精确地测量恒星的运动。为了发射这个望远镜，他们需要一个小容量（12 升）的微型卫星来保持机械和热稳定性。他们与 EnduroSat 合作，得到了一种专门制造的微型卫星作为交付机制，用于进行持续的观测任务，并能以每秒超过 125 兆比特（Mbps）的速度传输数据。

如果他们能够成功地发现半人马座 A 和 B 是否真的有行星，那么他们将会利用其他更先进的望远镜来进行后续的观测。这些望远镜包括计划于 2027 年发射的南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜（RST）和詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST），以及本十年将投入使用的许多 30 米地面望远镜。这些望远镜将能够提供更多关于半人马座α系统的信息，例如行星的大气成分、温度和表面特征等。

这项最新的努力是突破性倡议支持的众多项目之一，它与突破性星际飞行任务（Breakthrough Starshot）相呼应，后者旨在利用微型化、先进材料和定向能量推进技术，在一代人的时间内（20 年）将一艘纳米飞船送到半人马座α。寻找邻近的行星可能会极大地促进星际探险，进一步研究这个系统。