美國(guó)宇航局剛剛宣布在遙遠(yuǎn)的系外行星上發(fā)現(xiàn)甲烷

如果有一種化學(xué)物質(zhì)在尋找其他世界的生物特征時(shí)引起興奮，那就是甲烷。這不是一個(gè)灌籃高手，因?yàn)樗扔猩飦碓?，也有非生物來源?/p>

但是在系外行星的大氣層中找到它意味著這顆行星值得仔細(xì)研究。

甲烷之所以引起科學(xué)界的關(guān)注，主要是因?yàn)樗谛行谴髿庵械某掷m(xù)時(shí)間很短。甲烷不能長(zhǎng)時(shí)間承受星光，至少在陸地大氣中不能。它屈服于光解離，需要不斷補(bǔ)充以保持其在大氣中的存在。

如果一個(gè)巖石行星含有大量的甲烷，那么這個(gè)來源一定是巨大的，這使得生物來源成為可能。在地球上，生物活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生大量的甲烷。

從代謝上講，甲烷并不難制造。

甲烷在我們的太陽系中很常見，但不一定很豐富。據(jù)科學(xué)家所知，這都是非生物的。蛇紋石化等過程可以解釋這一點(diǎn)。

蛇紋石化是一個(gè)天然的、非生物的過程，涉及水、二氧化碳和礦物質(zhì)橄欖石.橄欖石在地球上很常見，是我們星球上地幔的主要成分。我們也在月亮上火星，以及一些小行星。

最近，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡在WASP-80b的大氣中探測(cè)到了甲烷，WASP-80b是一顆氣態(tài)巨行星，其質(zhì)量約為WASP-80b的一半。木星.WASP-80b圍繞一顆大約15億年前的K型主序星運(yùn)行。WASP 80距離我們大約162光年，WASP-80b是迄今為止唯一在恒星周圍探測(cè)到的行星。

由于WASP-80b是一顆氣態(tài)巨行星，因此生命被排除在外，除非有一些極端的科幻場(chǎng)景。但是橄欖石的蛇紋石化，橄欖石是最著名的甲烷非生物來源，也被排除在外，因?yàn)閃ASP-80b不是巖石行星。但是找到它仍然很有趣。

這在一定程度上是因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在可以將這顆系外行星與我們太陽系中天王星和海王星的含甲烷大氣層進(jìn)行比較。這只能幫助我們更好地了解未來的甲烷檢測(cè)。

發(fā)表在《自然》雜志上的一篇新論文介紹了這一檢測(cè)。它的標(biāo)題是”溫暖的系外行星WASP-80b的整個(gè)大氣中的甲烷。“ 第一作者是灣區(qū)環(huán)境研究所的博士后研究員泰勒·貝爾（Taylor Bell）。

WASP-80b是一顆溫暖的木星。它的溫度約為550攝氏度（1,025華氏度;825開克氏度）。所以它介于熾熱的木星之間，比如高清209458 b（發(fā)現(xiàn)的第一顆凌日系外行星）和寒冷的木星，就像我們太陽系最大的行星一樣。我們的木星大約是112攝氏度（235華氏度;125攝氏度）。

溫度是很重要的一點(diǎn)。系外行星大氣中缺乏甲烷探測(cè)，因此在游戲的這個(gè)階段，每次探測(cè)在發(fā)展大氣理論和指導(dǎo)后續(xù)研究方面都發(fā)揮著重要作用。

WASP-80b的溫度使其處于“一個(gè)有趣的過渡狀態(tài)，平衡化學(xué)模型預(yù)測(cè)，在行星的透射和發(fā)射光譜中應(yīng)該有可檢測(cè)到的CH4和CO / CO2特征......”該研究的作者解釋說。

WASP-80b非常接近它的紅矮星，只需要三天就可以進(jìn)入軌道。因?yàn)檫@顆行星離它的恒星很遠(yuǎn)，離它的恒星很近，即使是強(qiáng)大的JWST也無法真正看到它。取而代之的是，天文學(xué)家使用JWST來研究凌日和日食中來自恒星和行星的組合光。

像哈勃望遠(yuǎn)鏡和斯皮策望遠(yuǎn)鏡這樣的望遠(yuǎn)鏡在系外行星大氣層中探測(cè)到的甲烷并不多，它們都可以用紅外線觀測(cè)，盡管不像JWST那樣可以。由于缺乏檢測(cè)，科學(xué)家們對(duì)甲烷如何在大氣中耗盡提出了理論解釋。高金屬性、高內(nèi)部熱通量和其他原因被探索為甲烷消耗機(jī)制。

由于JWST現(xiàn)在已經(jīng)檢測(cè)到甲烷，這提出了一個(gè)重要的問題。

“然而，這種以低分辨率JWST光譜對(duì)WASP-80b整個(gè)大氣中甲烷的明確檢測(cè)提出了一個(gè)問題，即過去的未檢測(cè)在多大程度上受到HST和Spitzer可實(shí)現(xiàn)的稀疏波長(zhǎng)覆蓋范圍和精度的影響，”作者寫道。

因此，如果天文學(xué)家繼續(xù)在更多的系外行星大氣中探測(cè)甲烷，我們可能不得不改變對(duì)甲烷作為生物特征的看法。

“當(dāng)我們?cè)谙低庑行侵邪l(fā)現(xiàn)甲烷和其他氣體時(shí)，我們將繼續(xù)擴(kuò)展我們對(duì)化學(xué)和物理學(xué)如何在不同于地球上的條件下工作的知識(shí)，也許在不久的將來，在其他行星中，提醒我們我們?cè)诩依锼鶕碛械?，”作者在中寫道?a>美國(guó)宇航局博客文章。

研究人員解釋說，發(fā)現(xiàn)大氣中含有甲烷的系外行星也有助于我們了解我們自己的太陽系。

“美國(guó)宇航局有向太陽系中的氣態(tài)巨行星發(fā)送航天器以測(cè)量其大氣中甲烷和其他分子的數(shù)量的歷史，”作者寫道。

“現(xiàn)在，通過測(cè)量系外行星中的相同氣體，我們可以開始進(jìn)行”蘋果對(duì)蘋果“的比較，看看太陽系的期望是否與我們?cè)谔栂低饪吹降钠谕嗥ヅ洹?/p>

研究人員還表示，測(cè)量甲烷和水有助于確定行星的形成方式和地點(diǎn)。

“例如，通過測(cè)量地球上甲烷和水的含量，我們可以推斷出碳原子與氧原子的比例，”他們寫道。

“預(yù)計(jì)這個(gè)比例會(huì)根據(jù)行星在其系統(tǒng)中形成的地點(diǎn)和時(shí)間而變化。天文學(xué)家可以使用這些數(shù)據(jù)來確定行星是在靠近其恒星的地方形成的，還是在更遠(yuǎn)的地方形成的，然后向內(nèi)遷移。

JWST 可能還沒有用 WASP-80b 完成。該數(shù)據(jù)來自太空望遠(yuǎn)鏡的NIRCam儀器。未來的MIRI和NIRCam觀測(cè)將以不同的波長(zhǎng)探測(cè)地球，這應(yīng)該會(huì)探測(cè)到其他碳分子，如一氧化碳和二氧化碳。

“我們的研究結(jié)果使我們認(rèn)為，我們將能夠觀察到其他富含碳的分子，如一氧化碳和二氧化碳，使我們能夠更全面地描繪出這個(gè)星球大氣中的條件，”研究人員解釋說。

雖然甲烷因其與生物學(xué)的聯(lián)系而引起所有人的注意，但這項(xiàng)研究向我們展示了甲烷的另一面。它可以幫助我們了解一些行星是如何形成的，在哪里形成的，以及它們是否遷移。

系外行星中的甲烷探測(cè)將幫助我們更好地了解系外行星大氣層。它們甚至可以幫助我們了解我們自己的太陽系，我們?nèi)匀挥泻芏鄦栴}。

JWST有望在建立我們對(duì)甲烷和大氣的了解方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

“有一件事很清楚：詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的發(fā)現(xiàn)之旅充滿了潛在的驚喜，”作者說。

本文最初由今日宇宙.讀原文.

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