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翻译：王婧彧
校对：刘海牧 申振宇
审阅：牧夫校对组
美编：YBS
后台：胡永崴
原文链接：https://scitechdaily.com/exoplanet-discovery-alert-webb-space-telescope-finds-water-in-ultra-hot-alien-world/
利用詹姆斯·韦布空间望远镜 (JWST)，科学家们首次绘制出了系外行星WASP-18b的温度图，并且在它极热的大气中发现了水蒸气。这些发现对于研究这颗行星的诞生提供了重要线索，表明它很可能是在母星形成后，从遗留的气体中诞生。
WASP-18 b 示意图
图片来源：NASA/JPL-Caltech (K. Miller/IPAC)
距离我们400光年之外有一颗神奇的行星，从2009年发现它起，便吸引着天文学家们一直对其进行研究。WASP-18b环绕其母星（比太阳略大）一周的时间是23小时。而我们的太阳系中没有类似的行星存在。除了地面观测，NASA的哈勃望远镜、钱德拉太空望远镜、凌日系外行星巡天卫星和斯皮策空间望远镜都曾观测过这个10倍木星质量的超高温气态巨行星。现在，天文学家们利用JWST进行观测，又有了新的发现。
通过观测WASP-18b 的凌星次掩（行星从其母星后经过），科学家们在它的大气中发现了水蒸气，并且绘制出了它的温度图。科学家们首先能接收来自母星和行星的混合光线，然后在凌星次掩时得到母星自身发出的光。
就像月球总是以同一面朝向地球一样，WASP-18b的昼半球也总是朝向母星。绘制出的温度（亮度）图表明，最热的母星直射点的温度与总是处于暮光中的昼夜交界处的温度相差了1000度。
该论文的作者之一，来自亚利桑那大学的博士后梅根·曼斯菲尔德表示，“JWST的高灵敏度使得绘制如此精度的系外行星温度图成为可能。我们很激动得看到，在模型预测中，温度随着远离母星直射点而急速下降的现象，这也反映在了观测数据里。”
通过绘制昼半球的温度梯度，研究人员发现昼夜交界处的温度十分低，因此一定有什么阻碍了风将热量传递过去。但是，具体原因还不清楚。
该研究的共同作者，来自密歇根大学的瑞安·查勒纳表示，“WASP-18b的亮度图表明它的东西向风的强度比大气模型预测的要弱。一个可能的解释是这颗行星有很强的磁场，这会是一个令人激动的发现！”
JWST观测到的WASP-18b的大气光谱
该团队利用JWST上的近红外成像仪和无缝隙摄谱仪 (NIRISS)上的单目标无缝隙摄谱仪 (SOSS) 得到了0.85-2.8微米内WASP-18b的发射光谱，这占它总辐射能量的65%。WASP-18b的昼半球十分炎热，水蒸气分子会被分解。然而JWST还是观测到了极少量的水蒸气，这证明了它的高灵敏度。
图片来源：NASA/JPL-Caltech (R. Hurt/IPAC)
对掩星图的一个解释是，磁场迫使风从行星赤道吹向两极，而非我们认为的东西向。
通过记录大气不同高度处的温度，研究人员发现WASP-18b的大气温度随着高度升高，温差在几百度。
尽管极端温度达到2700摄氏度，行星的大气光谱里仍清晰地显示出微小但是精确的水的谱线特征。它表明水蒸气存在于这颗行星大气的不同高度处。
该研究的第一作者，来自蒙特利尔大学的研究生路易-菲利普·库隆贝表示，“看到JWST观测到的首个WASP-18b的光谱以及水的谱线特征感觉很棒。利用这样的观测，未来我们将能在更多的行星上探测到这样的分子。”
研究人员利用JWST上由加拿大航天局提供的近红外成像仪和无缝隙摄谱仪(NIRISS) 对WASP-18 b 进行了6小时的观测。
该研究的作者之一，来自卡内基研究所的博士后安贾利·皮耶特表示，“因为光谱中水的谱线特征十分微弱，所以之前的观测中很难辨认。JWST能够观测到十分令人激动。”
凌星及对应的亮度曲线
图片来源：维基百科
由于WASP-18b距离其母星和我们都很近，而且有着极大的质量，它因此成为科学家们感兴趣的研究对象。它还是我们能够进行大气研究的大质量行星之一。我们想知道这样的行星是如何形成并演化的，从JWST中我们对此也有了初步答案。
库隆贝表示，“通过分析WASP-18b的谱线，我们不仅了解了它大气中的成分，还得到了该行星如何形成的信息。我们发现WASP-18b的成分与其母星的十分相似，这意味着它很可能是在母星诞生后，从剩余的气体中形成的。这些结果对于了解像它这样特殊的行星如何产生而言十分宝贵。”
该图比较了已知太阳系小型天体与捕获的星际天体的轨道参数分布。左图显示轨道半径，中图显示轨道偏心率，右图显示倾角。
图片来源：Mukherjee et al. 2023.
早在2019年，Siraj和Loeb就已经检查过半人马小行星中是否有星际天体，但是其中并未找到系外来客。然而我们的研究结果表明，更仔细的检验是必要的。
被捕获的星际天体不大可能有稳定的轨道。团队的模拟数据显示了星际天体被捕获至近地轨道的可能性，但是如果想在这些轨道中找到它们的话，可能会无功而返。
研究人员解释道：“提醒一下，模拟的结果并不是被地球和木星捕获的星际天体当下轨道的复刻。由于与太阳系中其它行星的相互作用，过去被捕获的星际天体的轨道参数，会随着时间的推移而改变。”
研究团队对一部分捕获星际天体的情况进行了长达一千万年的轨道计算，以测试其留存比例。他们将依旧位于近地轨道的天体标记出来。一些星际天体脱离了原先的捕获轨道，进入了另一个捕获轨道，但其它星际天体则不在此列。
责任编辑：杨伯顺
牧夫新媒体编辑部
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微信号：astronomycn
金灿灿的韦布望远镜
图片来源：Northrop Grumman
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