想象一下，如果地球離太陽越來越近。如此接近以至于一整年只持續(xù)幾個小時。如此之近，以至于重力將一個半球鎖定在永久灼熱的日光中，另一個半球鎖定在無盡的黑暗中。距離如此之近，以至于海洋沸騰，巖石開始融化，云層下起熔巖。
雖然在我們自己的太陽系中不存在這樣的行星，但在銀河系中，像這樣巖石狀、大致地球大小、極熱且靠近恒星的行星并不罕見。
這些行星的表面和大氣層到底是什么樣的？NASA的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡即將提供一些答案。
美國宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JamesWebb Space Telescope）的鏡段排列整齊，科學(xué)儀器正在校準(zhǔn)，距離全面運行只有幾周的時間。今年夏天首次觀測結(jié)果公布后不久，韋伯的深入科學(xué)研究將開始。
計劃在第一年進行的調(diào)查包括對兩顆因其大小和巖石組成而被歸類為“超級地球”的熾熱系外行星的研究：熔巖覆蓋的55坎克里e和無空氣的LHS 3844b。研究人員將對韋伯的高精度光譜儀進行培訓(xùn)，以了解銀河系行星的地質(zhì)多樣性，還有像地球這樣的巖石行星的演化。
超級熱超級地球55 Cancrie
55巨蟹座距離其類太陽恒星（水星與太陽距離的二十五分之一）的軌道距離不到150萬英里，在不到18小時的時間內(nèi)完成一圈。由于地表溫度遠高于典型巖石形成礦物的熔點，地球的白天被認(rèn)為被熔巖海洋所覆蓋。
在離恒星如此近的軌道上運行的行星被認(rèn)為是潮汐鎖定的，一邊始終面向恒星。因此，行星上最熱的點應(yīng)該是最直接面向恒星的點，并且白天產(chǎn)生的熱量不會隨時間發(fā)生太大變化。
但事實似乎并非如此。美國宇航局斯皮策太空望遠鏡對55顆巨蟹座的觀測表明，最熱的區(qū)域偏離了最直接面向恒星的部分，而從白天探測到的總熱量確實有所不同。
55號巨蟹座的大氣層厚嗎？
對這些觀測結(jié)果的一種解釋是，這顆行星有一個動態(tài)的大氣層，可以將熱量四處移動。南加州NASA噴氣推進實驗室的胡仁宇（RenyuHu）解釋道：“55坎克里e可能有一個以氧或氮為主的厚大氣層?！焙视铑I(lǐng)導(dǎo)的團隊將使用韋伯的近紅外相機（NIRCam）和中紅外儀器（MIRI）捕捉行星白天的熱發(fā)射光譜。胡補充道：“如果它有大氣層，[韋伯]有足夠的靈敏度和波長范圍來探測它，并確定它是由什么組成的?！薄?/p>
還是坎克里55號晚上在下熔巖雨？
然而，另一個有趣的可能性是55號巨蟹座沒有潮汐鎖定。相反，它可能像水星一樣，每兩個軌道旋轉(zhuǎn)三次（稱為3:2共振）。因此，這顆行星將有一個晝夜循環(huán)。
斯德哥爾摩大學(xué)的研究人員亞歷克西斯·布蘭德克（AlexisBrandeker）解釋說：“這可以解釋為什么地球最熱的部分發(fā)生了變化?！薄！熬拖裨诘厍蛏弦粯?，地表需要時間加熱。一天中最熱的時間是下午，而不是中午?！?/p>
Brandeker的團隊計劃使用NIRCam來測試這一假設(shè)，以測量55顆巨蟹座在四個不同軌道上發(fā)光一側(cè)發(fā)出的熱量。如果這顆行星有3:2的共振，他們將對每個半球進行兩次觀察，應(yīng)該能夠檢測到兩半球之間的任何差異。
在這種情況下，表面會在白天加熱、融化，甚至蒸發(fā)，形成韋伯可以探測到的非常薄的大氣。到了晚上，蒸汽會冷卻并凝結(jié)，形成熔巖液滴，這些熔巖液滴會降落到地表，隨著夜幕降臨，再次變?yōu)楣腆w。
稍冷的超級地球LHS 3844 b
雖然55 Cancri e將提供對熔巖覆蓋世界的奇特地質(zhì)的洞察，但LHS 3844 b為分析系外行星表面的固體巖石提供了一個獨特的機會。
與55坎克里e一樣，LHS 3844 b的軌道非常接近其恒星，在11小時內(nèi)完成一圈。然而，由于其恒星相對較小且較冷，該行星的溫度不足以使其表面熔化。此外，斯皮策望遠鏡的觀測表明，這顆行星不太可能有大量的大氣層。
LHS 3844 b的表面由什么制成？
雖然我們無法用Webb直接成像LHS 3844 b的表面，但由于缺少模糊的大氣，因此可以用光譜學(xué)研究表面。
馬克斯·普朗克天文研究所的勞拉·克雷德伯格解釋說：“事實證明，不同類型的巖石具有不同的光譜?！?“你可以用眼睛看到花崗巖的顏色比玄武巖淺。巖石發(fā)出的紅外光也有類似的差別?！?/p>
Kreidberg的團隊將使用MIRI捕捉LHS 3844 b白天一側(cè)的熱發(fā)射光譜，然后將其與已知巖石（如玄武巖和花崗巖）的光譜進行比較，以確定其成分。如果這顆行星是火山活動的，光譜也可能顯示出微量火山氣體的存在。
這些觀測的重要性遠遠超出了銀河系5000多顆已確認(rèn)系外行星中的兩顆。Kreidberg說：“它們將為我們提供有關(guān)類地行星的全新視角，幫助我們了解早期地球在像今天這樣炎熱的時候可能是什么樣子。”。
這些對55個Cancrie和LHS 3844b的觀測將作為Webb第1周期一般觀察員計劃的一部分進行。《普通觀察者》節(jié)目是使用雙重匿名審查系統(tǒng)進行競爭性選擇的，該系統(tǒng)與哈勃望遠鏡上的時間分配系統(tǒng)相同。
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡是世界上首屈一指的太空科學(xué)天文臺。韋伯將解開我們太陽系中的謎團，展望其他恒星周圍的遙遠世界，探索我們宇宙的神秘結(jié)構(gòu)和起源以及我們在其中的位置。Webb是由NASA及其合作伙伴ESA（歐洲航天局）和加拿大航天局領(lǐng)導(dǎo)的一個國際項目。
