美國宇航局的詹姆斯韋伯太空望遠鏡正準備為我們提供迄今為止最好的太陽系以外的世界，通常稱為系外行星。位於加利福尼亞矽谷的美國宇航局艾姆斯研究中心的科學家們將率先與韋伯一起觀察宇宙，他們正在尋找有關係外行星是如何形成的、它們是由什麼構成的以及是否有可能適合居住的線索。
2022 年 1 月 24 日，望遠鏡到達了它的目的地，即距離地球約 100 萬英里的軌道，環繞著一個名為太陽-地球拉格朗日點 2 的位置，也稱為 L2。現在，韋伯距離啟動其改變我們對宇宙理解的科學使命又近了一步。
填補行星知識空白
當我們尋找系外行星時，科學家們經常使用我們最了解的世界作為參考——我們自己的世界，以及我們在太陽系中的鄰居。但是外面的大多數行星都不像我們的任何鄰居。
「我們在銀河系中發現的行星的多樣性遠遠超過了我們太陽系中行星的多樣性，」艾姆斯研究中心的研究科學家娜塔莎·巴塔哈說，她是幾個韋伯計劃的聯合研究員。「在我們的太陽系中，我們有內部的岩石世界和外部的氣體行星——但我們看到的最常見的系外行星實際上介於兩者之間。」
Batalha 的團隊將使用韋伯研究 11 顆「中間」行星，它們比地球大但比海王星小，以了解更多關於它們是如何形成和隨著時間演變的。對這個行星種群的外觀有一個基本的了解——它們是岩石的，還是由氣體構成的？——是開始。由韋伯促成的艾姆斯的大部分系外行星研究將集中在這種基礎知識建設上，讓科學家們有更多的碎片來拼湊我們太陽系以外的行星人口是什麼樣子，以及這些世界是否可能蘊藏著潛在的生命。
艾姆斯大學的天體物理學家托馬斯·格林 20 多年來一直為韋伯的儀器和分析技術的發展做出貢獻，他正在領導一項對九顆行星的研究，這些行星的質量和溫度都比以前的望遠鏡所研究的要小。他的研究將集中於這些世界周圍大氣的化學組成，與它們的宿主恆星相比，它們組成中較重元素的丰度，每個行星表面的溫度等等。
另一種需要進一步研究的行星是圍繞冷矮星運行的小型岩石世界。這些行星通常非常靠近它們的太陽，但由於它們的太陽又小又冷，所以它們位於宜居帶內。然而，對這些世界知之甚少——包括它們是否能夠維持大氣層，更不用說它們是否能夠孕育生命。
、儘管格林研究中的大部分世界都是由氣體構成的，但其中一個是岩石的——TRAPPIST-1b。它是 TRAPPIST-1 系統中最內層的行星，由七顆大致與地球大小的岩石組成的行星組成，它們的軌道靠近一顆小型、涼爽的矮星。由於對這顆行星的構成知之甚少，包括它是否有大氣層，韋伯收集的數據可能會揭示它是一個死亡和貧瘠的世界，甚至是一個有可能孕育生命的世界。
「正如我們所知，行星的大氣層對於生命的可能性至關重要，」格林說。「我們開發了韋伯的儀器，能夠為我們提供不僅探測大氣層所需的數據，而且還能確定它們是由什麼構成的。」
格林的團隊將仔細研究這顆行星的光譜——看看它發出什麼樣的光，從而了解它的化學成分。該研究將重點關注地球的紅外輻射並尋找二氧化碳的跡象。如果有跡象表明存在大氣，尤其是二氧化碳，那麼 TRAPPIST-1b 可能已經形成和演化，就像我們自己的太陽系中也含有二氧化碳的岩石行星——金星、地球和火星。
Batalha 還為兩個 Webb 項目做出了貢獻，該項目的重點是表征五個相似的岩石世界，包括同一系統中的兩個——TRAPPIST-1h 和 TRAPPIST-1e，後者位於可居住區。這些程序將決定這些世界中有多少有大氣層，如果有，它們是由什麼組成的。韋伯的許多目標距離我們數千甚至數十億光年，但離我們最近的一些系外行星也是這些同樣小的岩石世界。比鄰星是距離我們最近的恆星，距離我們只有 4 光年多一點，它是一顆 M 矮星，可能是兩個這樣的世界的家園。了解遙遠的世界可以幫助我們了解離家更近的宜居性前景。
韋伯望遠鏡是美國宇航局建造的最大的天體物理空間觀測站，也是技術最複雜的科學任務。
「成為如此巨大的努力的一部分，這是一種令人謙卑的經歷，」巴塔利亞說。「大約有 10,000 人為這台望遠鏡做出了貢獻，400 多個機構的數千人將分析其第一個周期的數據。這是進行這種規模的科學研究的絕佳機會。」
詹姆斯韋伯太空望遠鏡是世界上最大、最強大、最複雜的太空科學望遠鏡。韋伯將解開我們太陽系的謎團，超越其他恆星周圍的遙遠世界，探索我們宇宙的神秘結構和起源以及我們在其中的位置。Webb 是由 NASA 與其合作夥伴 ESA（歐洲航天局）和加拿大航天局領導的一項國際計劃。