【第一颗被证实有大气层的行星出现了】中国科学报：天文学家使用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST），首次探测到太阳系外一颗岩石行星的大气层，富含二氧化碳或一氧化碳。尽管该行星可能被岩浆海洋覆盖，无法维持生命，但对其研究可增进对地球早期历史的了解。相关论文5月8日发表于《自然》。
没有参与这项研究的美国麻省理工学院的行星科学家Sara Seager说，在类地行星周围发现大气层是系外行星研究的一个重要里程碑。地球稀薄的大气层对维持生命至关重要，能够发现类似类地行星上的大气层是寻找太阳系以外生命的重要一步。
JWST探测到的这颗行星名为55 Cancri e，它围绕着一颗12.6秒差距的类太阳恒星运行，被认为是一个超级地球。这颗比地球稍大的类地行星，半径约为地球的两倍，重量是地球的8倍多，大气层厚度约为地球半径的百分之几。
55 Cancri e不适合居住的另一个原因是它离恒星很近——大约是地球到太阳距离的1/65。然而，美国喷气推进实验室（JPL）的天体物理学家、论文合著者Aaron Bello Arufe说，它可能是研究最多的岩石行星。它对于岩石行星来说大很多，所以比太阳系外其他行星更容易研究。
55 Cancri e经过了充分的研究，JWST于2021年12月发射后，工程师将天文台的红外光谱仪指向它进行测试。这些仪器可以探测行星周围气体吸收星光红外波长时的化学指纹。Bello-Arufe和同事随后决定进行更深入地挖掘，以确认这颗行星是否有大气层。
在最近的观测之前，天文学家已经无数次改变对55 Cancrie的看法。这颗行星于2004年被发现。起初，研究人员认为它可能是一个类似木星的气态巨星的核心。但在2011年，斯皮策太空望远镜在这颗行星从其恒星前方经过时对其进行了观测发现，55 Cancri e实际上比一颗气态巨星小得多，密度也大得多，是一颗岩石超级地球。
几年后，研究人员注意到，对于一颗离其恒星如此之近的行星来说，55 Cancri e的温度比它应有的温度低，这表明它可能有大气层。一种假设是，这颗行星是一个被超临界水分子包围的“水世界”；另一种假设是，它被一个主要由氢和氦组成的膨胀的原始大气所包围。但这些想法最终都被推翻了。
JPL的行星科学家、论文合著者胡仁宇（音）说，一颗离恒星如此之近的行星会受到恒星风的轰击，很难抓住大气层中的挥发性分子。这存在两种可能性，首先，这颗行星是完全干燥的，有一层由蒸发岩石组成的超薄大气层；其次，它有一个由较重的挥发性分子组成的厚厚的大气层，这些分子不容易流失。
最新数据表明，55 Cancri e的大气中含有碳基气体，这指向了第二种可能。Seager说，该团队收集了大气层的真实证据，但还需要进行更多观测来确定其完整成分、存在气体的相对数量及其精确厚度。
美国斯坦福大学的行星地质学家Laura Schaefer有兴趣了解55 Cancri e的大气层如何与行星表面下的物质相互作用。他说，大气仍有可能被恒星风侵蚀，但岩浆海洋中岩石的融化和释放可能会补充气体。
“地球可能至少经历了一个岩浆-海洋阶段，也许是几个。”Schaefer说，“拥有岩浆海洋的实际例子可以帮助我们了解太阳系的早期历史。”
没有参与这项研究的美国麻省理工学院的行星科学家Sara Seager说，在类地行星周围发现大气层是系外行星研究的一个重要里程碑。地球稀薄的大气层对维持生命至关重要，能够发现类似类地行星上的大气层是寻找太阳系以外生命的重要一步。
JWST探测到的这颗行星名为55 Cancri e，它围绕着一颗12.6秒差距的类太阳恒星运行，被认为是一个超级地球。这颗比地球稍大的类地行星，半径约为地球的两倍，重量是地球的8倍多，大气层厚度约为地球半径的百分之几。
55 Cancri e不适合居住的另一个原因是它离恒星很近——大约是地球到太阳距离的1/65。然而，美国喷气推进实验室（JPL）的天体物理学家、论文合著者Aaron Bello Arufe说，它可能是研究最多的岩石行星。它对于岩石行星来说大很多，所以比太阳系外其他行星更容易研究。
55 Cancri e经过了充分的研究，JWST于2021年12月发射后，工程师将天文台的红外光谱仪指向它进行测试。这些仪器可以探测行星周围气体吸收星光红外波长时的化学指纹。Bello-Arufe和同事随后决定进行更深入地挖掘，以确认这颗行星是否有大气层。
在最近的观测之前，天文学家已经无数次改变对55 Cancrie的看法。这颗行星于2004年被发现。起初，研究人员认为它可能是一个类似木星的气态巨星的核心。但在2011年，斯皮策太空望远镜在这颗行星从其恒星前方经过时对其进行了观测发现，55 Cancri e实际上比一颗气态巨星小得多，密度也大得多，是一颗岩石超级地球。
几年后，研究人员注意到，对于一颗离其恒星如此之近的行星来说，55 Cancri e的温度比它应有的温度低，这表明它可能有大气层。一种假设是，这颗行星是一个被超临界水分子包围的“水世界”；另一种假设是，它被一个主要由氢和氦组成的膨胀的原始大气所包围。但这些想法最终都被推翻了。
JPL的行星科学家、论文合著者胡仁宇（音）说，一颗离恒星如此之近的行星会受到恒星风的轰击，很难抓住大气层中的挥发性分子。这存在两种可能性，首先，这颗行星是完全干燥的，有一层由蒸发岩石组成的超薄大气层；其次，它有一个由较重的挥发性分子组成的厚厚的大气层，这些分子不容易流失。
最新数据表明，55 Cancri e的大气中含有碳基气体，这指向了第二种可能。Seager说，该团队收集了大气层的真实证据，但还需要进行更多观测来确定其完整成分、存在气体的相对数量及其精确厚度。
美国斯坦福大学的行星地质学家Laura Schaefer有兴趣了解55 Cancri e的大气层如何与行星表面下的物质相互作用。他说，大气仍有可能被恒星风侵蚀，但岩浆海洋中岩石的融化和释放可能会补充气体。
“地球可能至少经历了一个岩浆-海洋阶段，也许是几个。”Schaefer说，“拥有岩浆海洋的实际例子可以帮助我们了解太阳系的早期历史。”
韦布望远镜公布新发现～～
韦布太空望远镜可能探测到了一颗距离地球 41 光年的炽热岩石系外行星——巨蟹座55 e 周围的大气层。这是迄今为止发现系外岩石行星大气层的最有力证据。
这颗系外行星被称之为“超级地球”，其直径几乎是地球的两倍，密度也稍大一些。由于它距离母星非常近（只有约 230 万公里，相当于水星和太阳之间距离的1/25），因此表面可能是一片岩浆的沸腾海洋（图一）。天文学家之前一直不清楚这颗行星是否拥有大气层，因为高温和恒星的辐射和星风可能会阻止大气层的形成。
和气态巨行星的厚厚大气层不同，地球这样的岩石行星的大气层更加稀薄，因此一直难以探测。韦布望远镜的近红外相机（NIRCam）和中红外设备（MIRI）的观测结果表明，这颗行星周围可能存在富含二氧化碳（CO2）或一氧化碳（CO）的大气层。研究人员认为，这些气体可能来自覆盖行星表面的岩浆海洋不断冒出。
为了确认大气层的成分，研究人员测量了来自该行星的 4 到 12 微米的红外光。他们使用了一种名为“凌日掩食光谱”的技术（图二），通过测量当行星被恒星挡住时和没有被挡住时的亮度差异，计算来自行星日面的各种波段红外光的量。
观测结果显示，巨蟹座55 e的日面温度比没有大气层的类似行星要低得多。这表明热量可能正在从日侧传送到夜侧，这很可能是由富含挥发物的（容易汽化形成气体的）大气层造成的。研究人员还发现光谱（图三）中存在一个吸收特定波段光的凹陷，这与含有二氧化碳或一氧化碳的大气层特征相吻合。
虽然这颗行星表面温度极高，不宜居住，但它为我们研究岩石行星大气层、表面和内部之间的相互作用提供了一个独特的窗口，或许还能帮助我们了解地球、金星和火星早期的情况，这几颗行星在遥远的过去也都被岩浆海洋所覆盖。
这项研究不仅让我们更了解系外行星，还有望加深我们对于宜居行星条件的认识！
图一、巨蟹座55 e的艺术想像图；
图二、韦布中红外设备观测的巨蟹座55 e次级掩食的光变曲线；
图三、韦布近红外相机和中红外设备观测到的巨蟹座55 e辐射光谱
韦布太空望远镜可能探测到了一颗距离地球 41 光年的炽热岩石系外行星——巨蟹座55 e 周围的大气层。这是迄今为止发现系外岩石行星大气层的最有力证据。
这颗系外行星被称之为“超级地球”，其直径几乎是地球的两倍，密度也稍大一些。由于它距离母星非常近（只有约 230 万公里，相当于水星和太阳之间距离的1/25），因此表面可能是一片岩浆的沸腾海洋（图一）。天文学家之前一直不清楚这颗行星是否拥有大气层，因为高温和恒星的辐射和星风可能会阻止大气层的形成。
和气态巨行星的厚厚大气层不同，地球这样的岩石行星的大气层更加稀薄，因此一直难以探测。韦布望远镜的近红外相机（NIRCam）和中红外设备（MIRI）的观测结果表明，这颗行星周围可能存在富含二氧化碳（CO2）或一氧化碳（CO）的大气层。研究人员认为，这些气体可能来自覆盖行星表面的岩浆海洋不断冒出。
为了确认大气层的成分，研究人员测量了来自该行星的 4 到 12 微米的红外光。他们使用了一种名为“凌日掩食光谱”的技术（图二），通过测量当行星被恒星挡住时和没有被挡住时的亮度差异，计算来自行星日面的各种波段红外光的量。
观测结果显示，巨蟹座55 e的日面温度比没有大气层的类似行星要低得多。这表明热量可能正在从日侧传送到夜侧，这很可能是由富含挥发物的（容易汽化形成气体的）大气层造成的。研究人员还发现光谱（图三）中存在一个吸收特定波段光的凹陷，这与含有二氧化碳或一氧化碳的大气层特征相吻合。
虽然这颗行星表面温度极高，不宜居住，但它为我们研究岩石行星大气层、表面和内部之间的相互作用提供了一个独特的窗口，或许还能帮助我们了解地球、金星和火星早期的情况，这几颗行星在遥远的过去也都被岩浆海洋所覆盖。
这项研究不仅让我们更了解系外行星，还有望加深我们对于宜居行星条件的认识！
图一、巨蟹座55 e的艺术想像图；
图二、韦布中红外设备观测的巨蟹座55 e次级掩食的光变曲线；
图三、韦布近红外相机和中红外设备观测到的巨蟹座55 e辐射光谱
冰山留下的“伤疤”记录了西南极冰层的退缩
2017年10月25日新闻稿
一万多年前从冰川解脱出来的冰山在南极海底留下了成千上万的痕迹，这些痕迹表明，在末次冰期结束时，一部分南极冰盖是如何快速退缩的，因为它在倾斜的地面上的平衡摇摇欲坠，而且变得不稳定。今天，随着全球气候继续变暖，快速而持续的退缩可能即将再次发生，并可能会引发波及到这片大陆内陆的失控性冰层退缩，这反过来将会导致海平面上升的速度比目前预计的还要快。
来自剑桥大学、英国南极调查局和斯德哥尔摩大学的研究人员对西南极派恩岛湾的海底进行了成像。他们发现，随着末次冰期结束时的海洋变暖，派恩岛冰川退缩到其接地线（冰川进入海洋并开始漂浮的地点）岌岌可危地坐落在斜坡尽头的地方。
冰川前漂浮“冰架”的破碎在冰川边缘留下了很高的冰“崖”。这些悬崖的高度使它们变得不稳定，引发了数千座冰山释放到派恩岛湾，并导致冰川迅速退缩，直到其接地线到达了较浅水域中一个再稳定地点。
图1
派恩岛冰川现在的冰锋高出水面大约50-60米。末次冰期结束时的冰“崖”也许高出水面大约100米。照片来源：罗伯特•拉特
现今，由于气候变化引起的变暖海水在派恩岛湾的浮动冰架下面流动，南极冰盖再次面临着冰川快速退缩失去质量的风险。值得注意的是，如果冰层退缩被触发，沿派恩岛冰川和思韦茨冰川路线的冰盖底部上没有相对较浅的地点来防止可能失控的冰层退缩进入到西南极的内陆。这些研究结果发表在《自然》期刊上。
剑桥斯科特极地研究所和该研究的第一作者马修•怀斯说：
“今天，派恩岛和思韦茨冰川被搁浅在一个非常危险的位置，而且可能已经在发生严重的退缩，这主要是由从每条冰川伸出到海里的冰架下面暖水融化造成的。”
“如果我们移走这些扶壁支撑的冰架，不稳定的冰层厚度将会导致接地的西南极冰盖在未来再次快速退缩。由于更远的上游没有潜在的再稳定地点来阻止任何退缩深入到西南极腹地，这可能会导致海平面上升的速度超过先前的预测。”
派恩岛冰川和邻近的思韦茨冰川造成了西南极冰盖近三分之一的冰流失，而且这一贡献在过去25年中大大增加。除了基底融化外，这两条冰川还会因脱落或崩解冰山进入派恩岛湾而失去冰层。
图2
巨大的平顶冰山搁浅在靠近内派恩岛湾北缘的河岸上。照片来源：罗伯特•拉特
现在，从派恩岛冰川和思韦茨冰川上脱落下来的冰山大多是巨大的桌状块体，当这些大型多龙骨冰山沿着海底碾压时，会造成典型的“梳状”犁痕。相比之下，在末次冰期，数百座相对较小冰山从南极冰盖上解脱出来，漂进了派恩岛湾。这些较小的冰山有像船的龙骨一样的V形结构，在海底留下了各自又长又深的伤疤。
用于调查派恩岛湾海底犁痕形状和分布的高分辨率成像技术使研究人员能够确定过去冰山的相对大小和漂移方向。他们的分析表明，这些较小的冰山是由于一种被称为海洋冰崖不稳定性(MICI)的过程而被释放出来的。12000多年前，派恩岛冰川和思韦茨冰川在一大块楔形沉积物的顶部触地，并由漂浮的冰架扶壁支撑，这使得它们即使位于海平面以下也相对稳定。
图3
研究人员利用高分辨率成像技术来确定冰山的大小和方向，而这些冰山是在11000到12000万年前从派恩岛冰川上脱离出来的。照片来源：马丁•雅各布森
最终，这些冰川前面的浮动冰架“破碎”，导致冰川退缩到从接地线到冰盖内陆向下倾斜的陆地上。这在它们的边缘暴露出了不稳定高度的高耸冰“崖”，然后导致冰川在12000到11000年前由于海洋冰崖的不稳定状态而快速退缩。这发生在与今天相对相似的气候条件下。
共同作者、来自英国南极调查局的罗伯特•拉特博士说:
“冰崖崩塌作为一种可能会导致西南极冰盖在未来加速退缩的理论过程一直争论不休。我们的观测结果证实，这一过程是真实的，而且它发生在大约12000年前，这导致冰盖迅速退缩到派恩岛湾。”
如今，这两条冰川越来越接近它们可能趋于不稳定的地点，并正在再次导致冰层快速退缩。
这项研究得到了英国自然环境研究委员会（NERC）的部分资助。
这篇论文本周发表在《自然》期刊上（https://t.cn/A6HyegU9）。
（鞘嘴鸥译自英国南极调查局网站：https://t.cn/A6HyegUK，顺致感谢该网站和作者。）
2017年10月25日新闻稿
一万多年前从冰川解脱出来的冰山在南极海底留下了成千上万的痕迹，这些痕迹表明，在末次冰期结束时，一部分南极冰盖是如何快速退缩的，因为它在倾斜的地面上的平衡摇摇欲坠，而且变得不稳定。今天，随着全球气候继续变暖，快速而持续的退缩可能即将再次发生，并可能会引发波及到这片大陆内陆的失控性冰层退缩，这反过来将会导致海平面上升的速度比目前预计的还要快。
来自剑桥大学、英国南极调查局和斯德哥尔摩大学的研究人员对西南极派恩岛湾的海底进行了成像。他们发现，随着末次冰期结束时的海洋变暖，派恩岛冰川退缩到其接地线（冰川进入海洋并开始漂浮的地点）岌岌可危地坐落在斜坡尽头的地方。
冰川前漂浮“冰架”的破碎在冰川边缘留下了很高的冰“崖”。这些悬崖的高度使它们变得不稳定，引发了数千座冰山释放到派恩岛湾，并导致冰川迅速退缩，直到其接地线到达了较浅水域中一个再稳定地点。
图1
派恩岛冰川现在的冰锋高出水面大约50-60米。末次冰期结束时的冰“崖”也许高出水面大约100米。照片来源：罗伯特•拉特
现今，由于气候变化引起的变暖海水在派恩岛湾的浮动冰架下面流动，南极冰盖再次面临着冰川快速退缩失去质量的风险。值得注意的是，如果冰层退缩被触发，沿派恩岛冰川和思韦茨冰川路线的冰盖底部上没有相对较浅的地点来防止可能失控的冰层退缩进入到西南极的内陆。这些研究结果发表在《自然》期刊上。
剑桥斯科特极地研究所和该研究的第一作者马修•怀斯说：
“今天，派恩岛和思韦茨冰川被搁浅在一个非常危险的位置，而且可能已经在发生严重的退缩，这主要是由从每条冰川伸出到海里的冰架下面暖水融化造成的。”
“如果我们移走这些扶壁支撑的冰架，不稳定的冰层厚度将会导致接地的西南极冰盖在未来再次快速退缩。由于更远的上游没有潜在的再稳定地点来阻止任何退缩深入到西南极腹地，这可能会导致海平面上升的速度超过先前的预测。”
派恩岛冰川和邻近的思韦茨冰川造成了西南极冰盖近三分之一的冰流失，而且这一贡献在过去25年中大大增加。除了基底融化外，这两条冰川还会因脱落或崩解冰山进入派恩岛湾而失去冰层。
图2
巨大的平顶冰山搁浅在靠近内派恩岛湾北缘的河岸上。照片来源：罗伯特•拉特
现在，从派恩岛冰川和思韦茨冰川上脱落下来的冰山大多是巨大的桌状块体，当这些大型多龙骨冰山沿着海底碾压时，会造成典型的“梳状”犁痕。相比之下，在末次冰期，数百座相对较小冰山从南极冰盖上解脱出来，漂进了派恩岛湾。这些较小的冰山有像船的龙骨一样的V形结构，在海底留下了各自又长又深的伤疤。
用于调查派恩岛湾海底犁痕形状和分布的高分辨率成像技术使研究人员能够确定过去冰山的相对大小和漂移方向。他们的分析表明，这些较小的冰山是由于一种被称为海洋冰崖不稳定性(MICI)的过程而被释放出来的。12000多年前，派恩岛冰川和思韦茨冰川在一大块楔形沉积物的顶部触地，并由漂浮的冰架扶壁支撑，这使得它们即使位于海平面以下也相对稳定。
图3
研究人员利用高分辨率成像技术来确定冰山的大小和方向，而这些冰山是在11000到12000万年前从派恩岛冰川上脱离出来的。照片来源：马丁•雅各布森
最终，这些冰川前面的浮动冰架“破碎”，导致冰川退缩到从接地线到冰盖内陆向下倾斜的陆地上。这在它们的边缘暴露出了不稳定高度的高耸冰“崖”，然后导致冰川在12000到11000年前由于海洋冰崖的不稳定状态而快速退缩。这发生在与今天相对相似的气候条件下。
共同作者、来自英国南极调查局的罗伯特•拉特博士说:
“冰崖崩塌作为一种可能会导致西南极冰盖在未来加速退缩的理论过程一直争论不休。我们的观测结果证实，这一过程是真实的，而且它发生在大约12000年前，这导致冰盖迅速退缩到派恩岛湾。”
如今，这两条冰川越来越接近它们可能趋于不稳定的地点，并正在再次导致冰层快速退缩。
这项研究得到了英国自然环境研究委员会（NERC）的部分资助。
这篇论文本周发表在《自然》期刊上（https://t.cn/A6HyegU9）。
（鞘嘴鸥译自英国南极调查局网站：https://t.cn/A6HyegUK，顺致感谢该网站和作者。）
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