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上图:HIP 65426b的近红外光谱(左边密集三角空心点)、近红外-中红外测光数据(其他空心点,其中橙色空心圆点为韦布观测的数据)、最佳模型拟合线(蓝色粗线)与模型在一些波段得到的最佳值(蓝色实心小圆点),穿过点的棒表示误差范围。下图:各波段的残差(Residuals),即观测数据减去理论值之后得到的值。
图片来源:A. Carter et al. arXiv:2208.14990v2
很显然,韦布补上了5微米以上的测光数据,且其在4微米左右的测量值与VLT的NACO得到的值有肉眼可见的差异。Carter等人用大气模型拟合这些数据(他们在拟合时未包括NACO的数据,因为它们与韦布得到的数据存在矛盾)。
模型拟合表明:HIP 65426 b的温度约为1673 K;HIP 65426 b的半径约为木星半径的0.92倍。Carter等人还将观测结果与演化模型结合,得到的行星半径约为木星半径的1.45倍,得到的表面温度约为1282 K。
在此基础上,Carter等人计算出的HIP 65426 b的热亮度为太阳热亮度的10万分之4.5倍到10万分之6.2倍,进而它的质量约为木星质量的7.1倍(误差为木星质量的1.1倍)。
Carter等人的这个结果将此前得到的一些物理量的精度提高了3倍。
韦布的性能测试
在近红外波段与中红外波段,HIP 65426 b反射的母恒星的光分别仅为其母恒星发出的光的万分之一与几千分之一。韦布用星冕仪挡住恒星的光,拍下了这张照片。从直观上看,韦布拍摄的图没有VLT-3拍摄的清晰,但韦布拍摄到的是更长波长的中红外图像。由于系外行星的温度比恒星低得多,其相当一部分辐射在中红外波段,被观测到的中红外辐射可以被用来与短波数据结合,用以构建更完整的能谱,进而推导出其温度、半径等重要性质(见上节)。在此基础上,人们还可以更精确地确定系外行星的热亮度与质量。此外,相比于地面望远镜,韦布拍摄系外行星时还有以下优点:地面上的望远镜观测受到大气干扰,因此常常要用“自适应光学”技术消除大气的影响;韦布在太空中,不受大气干扰,因此不需要这个技术的辅助,这使它可以获得更精确的测量数据。
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VLT-4(“Yepun”,意为“金星”)正在发射激光,制造激光导引星,用以执行“自适应光学”程序,消除大气对观测的影响。
图片来源:G. Hüdepohl/ESO
Carter等人认为,韦布这次成功的拍摄表明它在拍摄系外行星方面的能力是预计中能力的10倍。
让我们的“暗淡蓝点”不再孤单
早在1584年,布鲁诺(Giordano Bruno,1548-1600)就猜测天上的那些恒星可能都有围绕着它们运转的行星。然而,直到1992年前,人类才首次发现系外行星,此时距离布鲁诺提出这个猜测已有400多年。从那时到现在,人类发展出各种各样高精度的技术,发现了5000多颗系外行星与至少8000多颗待确认的候选体。这些技术既是人类心智的结晶,也代表着人类在寻找地球遥远的同类时的不懈努力。
韦布通过这次拍摄证明了它在观测系外行星方面的卓越性能,使其正式成为系外行星研究的重要一员。
韦布在中红外波段的观测对于构造一个完整的能谱,进而推断系外行星的温度、半径、热亮度与质量等重要数值特别重要。此外,它携带的敏锐的光谱仪使人们可以更精确地推断出一些处于母恒星的“宜居带”内的类地行星的大气与表面的化学成分,从而可以让人类进一步判断它们是否适合生命存活与演化。最后,韦布还同时拥有大口径、高灵敏度、高精确度等优点。这些优点的结合,使韦布在确定系外行星性质、寻找另外的“地球”方面具有特殊的优势。
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天文学家确认的可能适宜生命存活与演化的系外行星(“宜居行星”)。每颗行星下方给出了距离与名称,“ly”代表光年。右侧从上到下依次为太阳系内的地球(Earth)、火星(Mars)、木星(Jupiter)与海王星(Neptune)。
图片来源:PHL @ UPR Arecibo (phl.upr.edu)
1990年2月14日,在太空中飞行了12年多的NASA的旅行者1号(Voyager 1)在距离地球60亿千米的地方拍下了一张珍贵的照片。在这张图中,只有0.12像素、看似微不足道的那个微小亮点就是地球,它几乎被相机反射阳光后形成的彩色光带淹没。
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旅行者1号在距离地球60亿千米的太空中拍摄的地球,它在图中只是一个非常小的点