當前看點!詹姆斯·韋伯望遠鏡通過大氣分析能鎖定地外海洋世界

這項最新研究表明，任何可能與地球相似的巖石星球，其氣候特征很大程度上取決于該星球朝向主恒星一側(cè)的陸地和海洋面積大小和位置，盡管當前該望遠鏡仍缺乏勘測系外行星表面分辨率的能力，但是該發(fā)現(xiàn)可以幫助天文學家通過大氣層光譜分析，獲得關(guān)于行星表面的相關(guān)結(jié)論。

圖中是藝術(shù)家假設(shè)的海洋星球，它擁有類似地球的大氣層條件，并有兩顆衛(wèi)星環(huán)繞運行。

該項研究負責人、加拿大多倫多大學物理系研究生伊芙琳·麥克唐納(Evelyn Macdonald)稱，我們的研究表明，類地行星上陸地分布對其氣候產(chǎn)生很大影響，這將有助于天文學家使用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡等儀器觀測地外行星，從而更好地解釋他們所看到的天體特征。

(資料圖片僅供參考)

伊芙琳和同事使用一種名為ExoPlaSim的氣候模擬技術(shù)來模擬陸地和海洋的數(shù)量和分布，進而理解該特征如何影響潮汐鎖定氣候。

潮汐鎖定行星是與主恒星保持同步旋轉(zhuǎn)，這意味著它繞軸旋轉(zhuǎn)所需時間與繞恒星旋轉(zhuǎn)所需時間一致，因此，該行星在同速旋轉(zhuǎn)下，始終有一側(cè)朝向主恒星，這與月球始終保持同一側(cè)朝向地球的現(xiàn)象是相同的。

據(jù)悉，環(huán)繞紅矮星運行的巖石行星特別容易受到潮汐鎖定的影響，因為紅矮星系統(tǒng)通常比較“緊湊”，行星非常接近恒星。盡管它們距離主恒星很近，但這些行星可能處于宜居帶——行星與主恒星保持適當距離從而能表面存在液態(tài)水，并且紅矮星表面溫度低，大約3500攝氏度，比太陽低大約2000攝氏度。

行星環(huán)繞恒星運行幾天時間，會使它們更易受到恒星引力鎖定影響，然而，這種所謂的潮汐鎖定并不意味著某顆行星近半球是持續(xù)白晝，遠半球是持續(xù)夜晚。因此，行星宜居性也取決于它將熱量從晝側(cè)重新分配至夜側(cè)的能力，這將導(dǎo)致該行星表面不會過熱或者過冷。

伊芙琳和同事模擬了兩種假設(shè)條件行星：一種是亞恒星點(直接朝向恒星)是圓形大陸，被海洋包圍著；另一種是亞恒星點是圓形海洋，被陸地包圍著。之后他們改變每種假設(shè)行星條件中陸地和海洋的數(shù)量，從而觀察如何影響該行星的氣候特征。

這些模型表明，在一個潮汐鎖定的行星，全球平均氣溫更多地取決于陸地面積，而不是陸地的位置，在模擬測試中，擁有日側(cè)半球陸地面積較多的行星，無論是中心亞恒星點或者環(huán)繞一個亞恒星點海洋，其表面平均溫度上升了大約20攝氏度。

此外，陸地面積越大，恒星照射的面積就越大，該行星大氣層將高溫干燥，這是因為更多陸地的存在意味著蒸發(fā)至大氣層的地表水分更少，這也導(dǎo)致降水量更少。伊芙琳說：“所以該情況下這片陸地極有可能是沙漠氣候，總體而言，全球表面溫度最高、大氣水蒸汽最多的行星，其海洋位于晝側(cè)中心，并位于該行星表面溫度較低區(qū)域。”

逐漸增加的大氣水蒸汽將導(dǎo)致更多云層形成，因為水蒸汽是一種溫室氣體，它使大氣層更具吸收熱量的能力，并將熱量輸送到行星另一側(cè)半球。由于詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的科學目標之一是分析鄰近類地系外行星的大氣層特征，并試圖確定它們是否適宜生命存活，這項最新研究將有助于韋伯太空望遠鏡進一步勘測此類行星，并揭曉我們它們是干燥的荒漠，還是擁有陸地和海洋的宜居世界。目前這項最新研究報告發(fā)表在2022年6月刊《皇家天文學會月刊》上。