德国 - 艾赫巴里通讯社
探索外星大气的新理论促进生命搜寻
近年来，寻找地球以外的生命已取得显著进展。然而，由于与地球之间浩瀚的宇宙距离，直接成像系外行星及其所有令人难以置信的特征仍然是一个难以捉摸的目标。因此，天文学家们转而专注于探索系外行星的大气层，寻找生命存在的迹象，即所谓的生物标记。目前，这一过程是通过分析行星在其主恒星前方经过时，穿过其大气层的星光——一种称为光谱学（spectroscopy）的技术——来进行的，这一现象被称为凌星（transit）。为了改进这些系外行星大气研究，特别是在清理嘈杂数据这一关键领域，正在不断进行改进。
在此背景下，德国慕尼黑大学（LMU）的一位研究人员提出了一种探索系外行星大气层的新模型。他发表在《天体物理学杂志》（*The Astrophysical Journal*）上的一项最新研究详细介绍了他的发现，旨在克服现有方法的局限性。传统的模型由于固有的数学限制，常常只能为科学家提供有限的大气数据。这项新研究有效地弥补了数学建模中的这些不足，为研究人员提供了处理新的大气数据集的改进方法，同时有效地将关键信号从背景噪声中分离出来。
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该研究的唯一作者、LMU物理学家 Leonardos Gkouvelis 博士表示：“这一分析解决方案为新一代更快、更透明、更真实的系外行星大气分析和检索技术打开了大门。”他强调了自己工作的意义：“它们对于最大化当前和未来任务（如詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）和ARIEL（大气遥感红外系外行星大型巡天）的任务）的科学回报，以及推进对太阳系以外潜在宜居世界的详细表征至关重要。”
如前所述，光谱学是当前系外行星大气研究的基石。它包括分析行星凌星期间穿过其大气层的星光。尽管天文学家们使用光谱学已有一个多世纪，最初是研究太阳，后来是其他恒星，但詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）彻底改变了这项实践。JWST 的先进能力允许对穿过系外行星大气层的星光进行详细分析，从而能够识别关键的分子成分。这导致了对岩石行星和气态巨行星等各种系外行星的表征，JWST 识别了各种已知的大气分子，或者在某些情况下，确定某些岩石行星可能根本没有大气层。
JWST 发现的一个显著例子是气态巨行星 WASP-39b。2023 年发表在《自然》（*Nature*）杂志上的一项研究报告称，在其大气中发现了水、二氧化碳、一氧化碳和钠。WASP-39b 位于距离地球约 700 光年处，比木星大 25%，是 JWST 首个研究的系外行星目标。JWST 所探索的岩石行星大气层的例子包括 TRAPPIST-1 系统内的行星。该系统包含七颗地球大小的系外行星，其中几颗运行在其恒星的宜居带内——TRAPPIST-1 e、f 和 g——这使它们成为科学界高度关注的对象。
尽管取得了这些进展，但关于 TRAPPIST-1 e、f 和 g 等行星大气层的明确结论仍然难以捉摸。最近的研究，包括 2025 年发表在《天体物理学杂志通讯》（*The Astrophysical Journal Letters*）上关于 TRAPPIST-1 e 的论文、关于 TRAPPIST-1 f 的多篇论文，以及 2023 年在美国天文学会第 241 次会议上关于 TRAPPIST-1 g 可能拥有含水、二氧化碳和甲烷的大气层的报告，都未能得出确切结果。
Gkouvelis 博士强调了他的研究对 ARIEL 任务的潜在影响。ARIEL 是欧洲航天局一项即将进行的太空望远镜任务，旨在通过凌星法探测和研究至少 1000 颗已知的系外行星。它旨在结合 NASA 的开普勒任务（凌星探测的先驱）的遗产和 JWST 的分析能力。虽然 ARIEL 的体积将小于 JWST 且主要专注于系外行星，但 JWST 拥有更广泛的科学目标。
这项新理论框架对未来几年和几十年系外行星大气层探索的最终影响仍有待观察。一如既往，时间会证明一切，这就是我们不断探索科学前沿的原因！
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Laurence Tognetti 是美国空军六年的老兵，在新闻、科学传播和行星科学研究方面拥有丰富的经验。他专注于太空和天文学，是《Outer Solar System Moons: Your Personal 3D Journey》一书的作者。您可以在 X（Twitter）和 Instagram @ET_Exists 上关注他。您可以通过电子邮件联系 Laurence 以获取文章咨询，或如果您有兴趣向全球受众展示您的研究。
