想象一下，如果地球離太陽(yáng)越來(lái)越近。如此接近以至于一整年只持續(xù)幾個(gè)小時(shí)。如此之近，以至于重力將一個(gè)半球鎖定在永久灼熱的日光中，另一個(gè)半球鎖定在無(wú)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(yáng)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(yuǎn)鏡即將提供一些答案。
美國(guó)宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)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(yùn)行只有幾周的時(shí)間。今年夏天首次觀測(cè)結(jié)果公布后不久，韋伯的深入科學(xué)研究將開始。
計(jì)劃在第一年進(jìn)行的調(diào)查包括對(duì)兩顆因其大小和巖石組成而被歸類為“超級(jí)地球”的熾熱系外行星的研究：熔巖覆蓋的55坎克里e和無(wú)空氣的LHS 3844b。研究人員將對(duì)韋伯的高精度光譜儀進(jìn)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(jí)熱超級(jí)地球55 Cancrie
55巨蟹座距離其類太陽(yáng)恒星（水星與太陽(yáng)距離的二十五分之一）的軌道距離不到150萬(wàn)英里，在不到18小時(shí)的時(shí)間內(nèi)完成一圈。由于地表溫度遠(yuǎn)高于典型巖石形成礦物的熔點(diǎn)，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(yùn)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(diǎn)應(yīng)該是最直接面向恒星的點(diǎn)，并且白天產(chǎn)生的熱量不會(huì)隨時(shí)間發(fā)生太大變化。
但事實(shí)似乎并非如此。美國(guó)宇航局斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡對(duì)55顆巨蟹座的觀測(cè)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(cè)到的總熱量確實(shí)有所不同。
55號(hào)巨蟹座的大氣層厚嗎？
對(duì)這些觀測(cè)結(jié)果的一種解釋是，這顆行星有一個(gè)動(dòng)態(tài)的大氣層，可以將熱量四處移動(dòng)。南加州NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的胡仁宇（RenyuHu）解釋道：“55坎克里e可能有一個(gè)以氧或氮為主的厚大氣層?！焙视铑I(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)將使用韋伯的近紅外相機(jī)（NIRCam）和中紅外儀器（MIRI）捕捉行星白天的熱發(fā)射光譜。胡補(bǔ)充道：“如果它有大氣層，[韋伯]有足夠的靈敏度和波長(zhǎng)范圍來(lái)探測(cè)它，并確定它是由什么組成的?！?。
還是坎克里55號(hào)晚上在下熔巖雨？
然而，另一個(gè)有趣的可能性是55號(hào)巨蟹座沒(méi)有潮汐鎖定。相反，它可能像水星一樣，每?jī)蓚€(gè)軌道旋轉(zhuǎn)三次（稱為3:2共振）。因此，這顆行星將有一個(gè)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(shuō)：“這可以解釋為什么地球最熱的部分發(fā)生了變化?！?。“就像在地球上一樣，地表需要時(shí)間加熱。一天中最熱的時(shí)間是下午，而不是中午?！?/p>
Brandeker的團(tuán)隊(duì)計(jì)劃使用NIRCam來(lái)測(cè)試這一假設(shè)，以測(cè)量55顆巨蟹座在四個(gè)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(duì)每個(gè)半球進(jìn)行兩次觀察，應(yīng)該能夠檢測(cè)到兩半球之間的任何差異。
在這種情況下，表面會(huì)在白天加熱、融化，甚至蒸發(fā)，形成韋伯可以探測(cè)到的非常薄的大氣。到了晚上，蒸汽會(huì)冷卻并凝結(jié)，形成熔巖液滴，這些熔巖液滴會(huì)降落到地表，隨著夜幕降臨，再次變?yōu)楣腆w。
稍冷的超級(jí)地球LHS 3844 b
雖然55 Cancri e將提供對(duì)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(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì)。
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(shí)內(nèi)完成一圈。然而，由于其恒星相對(duì)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(yuǎn)鏡的觀測(cè)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(wú)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(shuō)：“事實(shí)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(tuán)隊(duì)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(jìn)行比較，以確定其成分。如果這顆行星是火山活動(dòng)的，光譜也可能顯示出微量火山氣體的存在。
這些觀測(cè)的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了銀河系5000多顆已確認(rèn)系外行星中的兩顆。Kreidberg說(shuō)：“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(shí)候可能是什么樣子?！薄?/p>
這些對(duì)55個(gè)Cancrie和LHS 3844b的觀測(cè)將作為Webb第1周期一般觀察員計(jì)劃的一部分進(jìn)行。《普通觀察者》節(jié)目是使用雙重匿名審查系統(tǒng)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)性選擇的，該系統(tǒng)與哈勃望遠(yuǎn)鏡上的時(shí)間分配系統(tǒng)相同。
詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡是世界上首屈一指的太空科學(xué)天文臺(tái)。韋伯將解開我們太陽(yáng)系中的謎團(tuán)，展望其他恒星周圍的遙遠(yuǎn)世界，探索我們宇宙的神秘結(jié)構(gòu)和起源以及我們?cè)谄渲械奈恢?。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(gè)國(guó)際項(xiàng)目。
