根据最新信息，美国国家航空和宇宙航行局的詹姆斯·韦伯空间望远镜探测到系外行星 WASP-80b 的大气中含有甲烷，这是太空探索的一个里程碑。
这一发现通过先进的光分析方法得到了证实，揭示了这颗行星的形成过程，并可以与太阳系中的行星进行比较。
詹姆斯·韦伯空间望远镜观测到系外行星 WASP-80b 在其宿主恒星的前面和后面经过，揭示了含有甲烷气体和水蒸气的大气层的光谱。
迄今为止，已经在十几个行星上发现了水蒸气，直到最近，甲烷——一种在木星、土星、天王星和海王星的太阳系大气层中发现的丰富分子——但是系外行星的大气层仍然难以捉摸。
相关研究人员向我们介绍了在系外行星大气中发现甲烷的重要意义，并讨论了韦伯观测如何帮助识别这种长期寻找的分子。这些发现最近发表在科学杂志《自然》上。
WASP-80b 的温度约为825开尔文(约1025华氏度) ，科学家们称之为“温暖的木星”。这些行星在大小和质量上与我们太阳系中的木星相似，但其温度介于热木星(如1450k (2150华氏度) HD 209458 b (第一颗发现的凌日系外行星)和冷木星(如我们自己的大约125k (235华氏度))之间。
WASP-80b 每三天绕其红矮星一周，位于距离我们163光年的天鹰座。因为这颗行星离它的恒星如此之近，而且两者都离我们如此之远，所以即使是像韦伯这样最先进的望远镜，我们也无法直接观察到这颗行星。相反，研究人员使用凌日方法(已被用来发现大多数已知的系外行星)和日食方法来研究恒星和行星的合成光。
利用凌日方法，我们观察到当行星从我们的视角移动到它的恒星前面时，我们所看到的恒星光线会变暗一点。"凌日方法"（Transit photometry）是一种天文学上用于探测太阳系外行星的方法。当一颗行星从它的母恒星面前经过时（即凌日），它会遮挡掉一小部分恒星的光线，导致从地球观测到的恒星亮度暂时小幅下降。通过测量这种亮度的变化，科学家可以推断出行星的存在、大小，甚至是轨道的一些信。
在这段时间里，行星大气层的一个薄环在行星的昼夜边界附近被恒星照亮，在行星大气层中的分子吸收光线的特定颜色的光线下，大气层看起来更厚，阻挡了更多的星光，与大气层看起来透明的其他波长相比，造成了更深的暗淡。这种方法可以帮助像我们这样的科学家通过观察哪些颜色的光被阻挡来了解行星的大气层是由什么组成的。
与此同时，利用日食的方法，我们观察到当行星从我们的视角经过它的恒星后面时，我们接收到的总光线又有了一个小小的下降。所有物体都会发出一些光，称为热辐射，发出的光的强度和颜色取决于物体的热度。就在日食之前和之后，这颗行星炽热的一面指向我们，通过测量日食期间的光线下降，我们能够测量这颗行星发出的红外线。对于日食光谱来说，行星大气层中分子的吸收通常表现为行星发出的特定波长光线的减少。此外，由于这颗行星比它的主恒星要小得多，也要冷得多，所以日食的深度要比凌日的深度小得多。从美国国家航空和宇宙航行局的无缝光谱学模式上测量的 WASP-80b 的凌日光谱(上图)和日食光谱(下图)。美国国家航空和宇宙航行局的詹姆斯·韦伯空间望远镜。在这两个光谱中，都有明确的证据表明吸收了水和甲烷，其贡献用彩色等高线表示。在凌日过程中，行星从恒星前面经过，在凌日光谱中，分子的存在使得行星的大气层在某些颜色上阻挡了更多的光线，在那些波长上造成了更深的暗淡。在日食期间，行星经过恒星后面，在这个日食光谱中，分子吸收行星发出的特定颜色的光，导致在日食期间的亮度下降比凌日期间小。图片来源: BAERI/NASA/Taylor Bell
我们最初的观测需要转换成我们称之为光谱的东西，之前科学羊也谈到过。这本质上是一种测量，显示在不同颜色(或波长)的光下，行星大气层阻挡或发射了多少光。现在有许多不同的工具可以将原始的观测结果转换成有用的光谱，所以我们使用了两种不同的方法来确保我们的发现对不同的假设是可靠的。接下来，我们使用两种模型来解释这个光谱，来模拟在这种极端条件下行星的大气是什么样子。第一种模型是完全灵活的，尝试数百万种甲烷、水的丰度和温度的组合，以找到最符合我们数据的组合。第二种类型被称为“自洽模型”，也探索了数百万种组合，但利用我们现有的物理和化学知识来确定甲烷和水的可预期水平。为了验证我们的发现，我们使用稳健的统计方法来评估我们的检测是随机噪声的概率。在我们的研究领域，我们认为“黄金标准”是所谓的“5西格玛检测”，这意味着由随机噪声引起的检测概率是170万分之一。与此同时，我们在凌日和日食光谱中都检测到了6.1西格玛的甲烷，这使得每次观测中假探测的几率为9.42亿分之1，超过了5西格玛的“黄金标准”，并加强了我们对两次探测的信心。
有了这样一个探测，我们不仅发现了一个非常难以捉摸的探索，而且现在可以开始探索这个化学成份告诉我们的关于地球的诞生、成长和进化的信息。例如，通过测量地球上甲烷和水的含量，我们可以推断出碳原子和氧原子的比例。这一比率预计将根据行星在其系统中形成的位置和时间而改变。因此，研究这个碳氧比例可以提供线索，说明这颗行星在逐渐向内移动之前，是在靠近其恒星的地方形成的，还是在更远的地方形成的。另一件让我们对这个发现感到兴奋的事情是有机会最终比较太阳系外的行星和太阳系内的行星。美国国家航空和宇宙航行局(NASA)曾经向太阳系中的气态巨行星发射航天器，以测量其大气中甲烷和其他分子的含量。最后，当我们与韦伯一起展望未来的发现时，这个结果向我们表明，我们正处于更令人兴奋的发现的边缘。利用韦伯对 WASP-80b 进行的 MIRI 和 NIRCam 观测将使我们能够探测不同波长光的大气特性。我们的发现使我们认为，我们将能够观察到其他富含碳的分子，如一氧化碳和二氧化碳，使我们能够描绘一个更全面的条件，在这个星球的大气层。
此外，随着我们在系外行星中发现甲烷和其他气体，我们将继续扩展我们的知识，了解在不同于地球的条件下化学和物理是如何工作的，也许不久的将来，在其他提醒我们我们在家里有什么的行星上。总之，詹姆斯·韦伯空间望远镜的发现之旅只是充满了潜在的惊喜，让我们拭目以待。Webb’s Cosmic Coup: Sniffing Out Methane on a Distant World (scitechdaily.com)我已经有300+个科普知识啦，小目标1000+，欢迎大家关注，每天给你一个科普知识~