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藝術家對WASP-107b及其母星的到附的水印象。鳴謝:uux.cn/插圖:比利時盧卡藝術學院/ Klaas Verpoest(視覺)，近系Johan Van Looveren(排版)。外行科學:Achrène Dyrek(法國CEA和巴黎城市大學)、氣中Michiel Min(荷蘭SRON)、蒸氣岳翎·德辛(比利時魯汶大學)/歐洲MIRI·EXO GTO小組/歐空局/美國國家航空航天局
（神秘的氧化地球uux.cn）據庫·魯汶：由魯汶大學天文研究所的研究人員共同領導的一個歐洲天文學家小組，利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡最近的硫和觀測結果，研究了附近系外行星WASP-107b的探測大氣。通過深入WASP-107b蓬松的到附的水大氣層，他們不僅發現了水蒸氣和二氧化硫，近系甚至還發現了硅酸鹽沙云。外行這些粒子存在于動態大氣中，氣中表現出物質的蒸氣劇烈運動。
世界各地的氧化天文學家正在利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)上的中紅外儀器(MIRI)的先進功能，對系外行星進行突破性的觀測，系外行星是指圍繞除我們太陽以外的恒星運行的行星。這些迷人的世界之一是WASP-107b，這是一顆獨特的氣態系外行星，圍繞一顆比我們的太陽略冷、質量略小的恒星運行。
這顆行星的質量與海王星相似，但它的大小比海王星大得多，幾乎接近木星的大小。與我們太陽系中的氣態巨行星相比，這一特性使得WASP-107b顯得相當“蓬松”。這顆系外行星的松散性使天文學家能夠對其大氣層進行大約50倍于像木星這樣的太陽系巨行星的探測深度。
歐洲天文學家團隊充分利用了這顆系外行星非凡的松散性，使他們能夠深入觀察其大氣層。這個機會打開了一扇揭開其大氣復雜化學成分的窗戶。
這背后的原因很簡單:信號或光譜特征在密度較低的大氣中比在密度較高的大氣中更明顯。他們最近的研究現已發表在《自然》雜志上，揭示了水蒸氣、二氧化硫(SO2)和硅酸鹽云的存在，但值得注意的是，沒有溫室氣體甲烷(CH4)的痕跡。
活躍的氣氛
這些探測為這顆迷人的系外行星的動力學和化學提供了至關重要的見解。首先，甲烷的缺乏暗示著潛在的溫暖內部，提供了一個誘人的窺視行星大氣中熱能運動的機會。其次，二氧化硫(因燃燒過的火柴的氣味而聞名)的發現是一個重大驚喜。
以前的模型預測它不存在，但WASP-107b大氣的新氣候模型現在顯示WASP-107b的非常蓬松性適應了其大氣中二氧化硫的形成。盡管由于其較冷的性質，其宿主恒星發射的高能光子相對較少，但由于其蓬松的性質，這些光子可以深入到行星的大氣層中。這使得產生二氧化硫所需的化學反應能夠發生。

JWST上的中紅外儀器(MIRI)的低分辨率光譜儀(LRS)捕捉到了溫暖的海王星系外行星WASP-107b的透射光譜，揭示了該行星大氣中水蒸氣、二氧化硫和硅酸鹽(沙子)云的證據。鳴謝:uux.cn/Michiel Min /歐洲MIRI EXO GTO團隊/歐空局/美國國家航空航天局
但這還不是他們觀察到的全部。與無云情況相比，二氧化硫和水蒸氣的光譜特征明顯減弱。高空云層部分遮擋了大氣中的水蒸氣和二氧化硫。
雖然已經在其他系外行星上推斷出了云，但這標志著天文學家首次能夠明確確定這些云的化學成分。在這種情況下，云由小硅酸鹽顆粒組成，這是一種人類熟悉的物質，在世界許多地方都可以找到，是沙子的主要成分。
“JWST正在徹底改變系外行星的特征，以驚人的速度提供前所未有的見解，”主要作者，魯汶大學的岳翎·德辛教授說。“JWST的MIRI儀器在這顆蓬松的系外行星上發現了由沙子、水和二氧化硫組成的云，這是一個關鍵的里程碑。它重塑了我們對行星形成和演化的理解，為我們自己的太陽系提供了新的線索。”
與水在低溫下凍結的地球大氣層相反，在溫度達到1000攝氏度左右的氣態行星中，硅酸鹽顆粒可以凍結形成云。然而，在WASP-107b的情況下，外層大氣的溫度約為500攝氏度，傳統模型預測這些硅酸鹽云應該在大氣更深處形成，那里的溫度要高得多。此外，大氣中高高的沙云會下雨。那么這些沙云怎么可能存在于高海拔地區并持續存在呢？

一組歐洲天文學家深入WASP-107b蓬松的大氣層，不僅發現了水蒸氣和二氧化硫，甚至還發現了硅酸鹽沙云。鳴謝:uux.cn/插圖:比利時盧卡藝術學院/ Klaas Verpoest(視覺)，Johan Van Looveren(排版)。科學:Achrène Dyrek(法國CEA和巴黎城市大學)、Michiel Min(荷蘭SRON)、岳翎·德辛(比利時魯汶大學)/歐洲MIRI·EXO GTO小組/歐空局/美國國家航空航天局
根據主要作者Michiel Min博士的說法，“我們在高空大氣中看到這些沙云的事實必然意味著沙雨滴在更深、更熱的層中蒸發，由此產生的硅酸鹽蒸汽有效地向上移動，在那里它們再次凝結形成硅酸鹽云。這與我們地球上的水蒸氣和云的循環非常相似，但水滴是由沙子組成的。”
這種通過垂直傳輸的升華和冷凝的連續循環是WASP-107b大氣中沙云持久存在的原因。
這項開創性的研究不僅揭示了WASP-107b的奇異世界，還拓展了我們對系外行星大氣的理解。它標志著系外行星探索中的一個重要里程碑，揭示了這些遙遠世界中化學物質和氣候條件的復雜相互作用。
“JWST能夠對太陽系中沒有對應行星的系外行星進行深層大氣表征，我們正在揭開新的世界，”CEA Paris的主要作者Achrène Dyrek博士說。
MIRI儀器的設計與開發
比利時工程師和科學家在MIRI儀器的設計和開發中發揮了關鍵作用，包括CSL的列日空間中心、Thales Alenia Space (Charleroi)和OIP傳感器系統(Oudenaarde)。在魯汶大學天文學研究所，儀器科學家在模擬英國美國國家航空航天局·戈達德和美國國家航空航天局·約翰遜航天中心實驗室空間環境的特殊試驗箱中廣泛測試了MIRI儀器。
“近20年來，我們一直在與歐洲和美國的同事一起建造和測試MIRI儀器。“很高興看到我們的儀器揭示了這顆迷人的系外行星的大氣層，”魯汶大學的儀器專家巴特·范登布舍博士說。
德國馬普學會für天文研究所的Jeroen Bouwman博士說:“這項研究綜合了JWST觀測的幾項獨立分析的結果，不僅代表了多年來在建造MIRI儀器方面投入的工作，也代表了在為MIRI獲得的觀測數據校準和分析工具方面投入的工作。