韦布太空望远镜首次发现距地球 41 光年，直径为地球 99% ...

刘可563

本报讯据美国宇航局（NASA）消息，詹姆斯·韦布太空望远镜首次发现了一颗围绕恒星运行的系外行星。这颗行星正式编号为LHS 475 b，位于距离地球41光年的八角星座，其大小几乎和地球相同，是地球直径的99%。
　　在这项研究中，约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室Kevin Stevenson和Jacob Lustig-Yaeger领导的研究团队，使用NASA的凌日系外行星巡天卫星（TESS）确定目标后，用韦布太空望远镜对其进行了确认。韦布太空望远镜的近红外光谱仪仅用两次凌日观测就清晰捕捉到这颗行星。“它是一颗小型岩石行星。”Stevenson说。
　　“这些观测结果为未来用韦布太空望远镜研究岩石行星大气带来了许多可能性，让人们对太阳系外类地行星有一个新的认识。”NASA总部天体物理部门主任Mark Clampin说。
　　在所有正在运行的望远镜中，只有韦布能够描述类似地球大小的系外行星的大气特征。该团队试图通过分析行星的透射光谱评估其大气层中的物质。虽然数据显示这是一颗地球大小的类地行星，但他们还不知道它是否拥有大气层。
　　约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室的Erin May说：“韦布太空望远镜的数据很‘漂亮’，它非常灵敏，可以很容易探测到一系列分子，但我们还不能对这颗行星的大气层得出任何明确的结论。”
　　虽然目前该团队还无法断定大气层存在什么，但他们可以确定什么不存在。Lustig-Yaeger解释说：“我们可以排除一些陆地类型的大气层，它不可能有一个类似于土卫六那样厚厚的、以甲烷为主的大气层。”
　　研究团队还表示，虽然这颗行星没有大气层的概率很大，但仍不能排除有一些其他的大气成分，如纯二氧化碳大气层。但Lustig-Yaeger指出，100%二氧化碳大气层的密度要大得多，很难探测到。研究团队需要更精确观测确定它是纯二氧化碳大气层还是完全没有大气层，他们计划在今年夏天的观测中获得更多的光谱数据。
　　韦布太空望远镜的数据还显示，这颗行星的温度比地球高几百度。因此，如果探测到云层，研究人员可能会得出结论：这颗星球更像金星。因为金星有二氧化碳大气层，并且永远笼罩在厚厚的云层中。
　　Lustig-Yaeger说：“目前我们处于研究小型系外岩石行星的前沿，但也是刚开始了解它们的大气层可能是什么样子。”
　　此外，韦布太空望远镜精确的光变曲线还表明，这颗行星在短短两天内就完成了一次公转。尽管LHS 475 b比太阳系中的任何行星都更接近它的母星，但后者是一颗红矮星，温度不到太阳的一半，因此研究人员预测它仍然可能有大气层。

啾久啾久

如果有外星人。那么外星人可能居住在50光年之内吗？
50光年内有近千颗恒星系统。
就按1000算吧。地球毫无疑问是有生命的。
1000颗恒星系统就有超过一个以上的有生命的星球。我觉得无论用任何理论这个概率都是高得离谱。
所以我觉得50光年有发现生命的概率是很低的。
虽然很多传闻里，外星人居住在距离我们40~50光年这个范围内。我觉得是难以置信的。

怕代时

这可能是韦伯望远镜第一次获得类地行星的大气光谱? 这个源的光谱可以跟去年7月韦伯对气态巨行星WASP-39 b的光谱观测进行非常好的对比.
图一是韦伯对WASP-39 b的近红外透射光谱观测,覆盖波长3至5.5微米. 可以看到明显的二氧化碳信号。



WASP-39 b的近红外透射光谱, from STScI

图二是这次发现的主角类地行星LHS 475 b的近红外透射光谱.  跟WASP-39 b的光谱区别很明显. 白点是观测数据, 绿线是甲烷模型, 黄色是啥都没有模型, 紫色是二氧化碳模型. 所以看上去没有很明显的特征信号. 文中也只是说可能存在高纬云(与金星类似), 或者稀薄大气(与火星类似), 或者没有大气(与水星类似).



LHS 475 b的近红外透射光谱, from STScI



LHS 475 b与太阳系天体光谱的对比

所以, 个人觉得这次发现在科学上意义有限吧, 而且二氧化碳与生命存在联系不大.
哪些成分能更好地与生命联系在一起呢? 如果探测到水蒸气，说明有适合生命的环境； 如果探测到甲烷和臭氧，说明可能有生命；  如果探测到叶绿素，则说明生命已经存在等等, 参见另一个回答:如果现在银河系某个行星上面有生命甚至文明存在 通过现有科技 是否能够探测到？ - 松泉的回答 - 知乎 https://www.zhihu.com/question/362082108/answer/2846912128

杨小宝1

韦伯望远镜是目前唯一能描述地球大小的系外行星大气特征的望远镜。
第5242颗系外行星

太阳系以外的行星，简称系外行星。从1995年报告发现热木星“飞马座51b”开始，目前人类已经探测到了5241颗系外行星[1]。这里即有像地球这样的小型岩质行星（类地行星），也有气态巨行星/热木星，还有缩小版本的“迷你海王星”，当然也有同时围绕两颗恒星运行的行星。这里最引人注意的就是那些比地球更大的被称为“超级地球”的神秘行星。
有能力发现新的系外行星的太空望远镜，除了2009年发射并于2018年退役的开普勒太空望远镜、2018年发射的凌日系外行星勘测卫星TESS（开普勒继承者）、2021年底已发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜以外，还有预计于2027年发射的和哈勃望远镜类似的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜，和2029年要发射的Ariel任务探测器。
韦伯太空望远镜的四大任务之一，就是寻找地外生命的迹象。绕M型红矮星运行的行星，也许是我们在未来十年测量一颗潜在宜居行星光谱的最佳（也是唯一的）机会。对宜居性行星的探索始于一个简单的问题：这个星球有大气层吗？M型红矮星系的类地行星将是未来理论研究的重点，而它们是否能留住其大气层是一个备受争议的话题，只有通过大规模观测获取系外行星的透射光谱才能提供明确的大气层证据。即使是那些只有稀薄大气层的行星也会告诉我们比如大气逃逸的过程。
韦伯这次的工作代号为GO1981，目的就是用76小时的时间观测15秒差距（约49光年）内有哪些凌日M型红矮星类地行星有大气层。[2]韦伯预计将对如下五颗M型红矮星类地行星进行观测，以确定哪些行星有大气层。

• WOLF 347b: 2次凌日
  
• GJ 1132b: 2次凌日
  
• GJ 341b: 3次凌日
  
• GJ 4102b: 3次凌日
  
• TRAPPIST-1h: 3次凌日
  

观测要避免很多问题，比如1、2、4的恒星都太亮了，3附近有其它光污染，5预计会受到同恒星系的其它行星凌日的影响。
这次颗韦伯望远镜探测到的名为LHS 475b 的行星，便是位于太阳系之外 41 光年的一颗几乎与地球大小相同的类地行星。这是韦伯首次用于确认系外行星的存在。



1999年6月20日拍摄的以LHS 475为中心的DSS图像。红圈表示该恒星在J2000时刻在SIMBAD天文数据库中的位置，而蓝色圆圈表示这颗恒星在2022年9月韦伯望远镜观测中的位置。没有任何迹象表明2022年位置的背景星可能是观测到的凌日信号的来源，排除食双星误报的可能

在排除食双星的误报可能性之后，研究人员确认行星凌日的可能性。
它的视星等12.7，距我们有12.481 (± 0.0065)秒差距，是一颗位于宜居带内的表面温度为312摄氏度 (586 K)的行星。



LHS 475b渲染图

发现系外行星有多难？

恒星拥有行星是很普遍的，许多恒星拥有多颗行星。人类的望远镜技能目前还无法直接清晰的拍到一颗地外行星，不过我们可以通过行星对恒星的引力拖拽效果找到它们。所谓“引力拖拽效应”就是指行星绕恒星公转时导致恒星的径向速度发生抖动的现象。距离恒星越近，效应越明显，越容易被发现，但这样的行星会因温度太高而不存在液态水。（目前有1023颗系外行星是靠“引力拖拽效应”发现的，占总发现数的19.5%[3]）
另一种方法，就是凌日。当行星直接在视线方向上从恒星面前经过时，就会挡住恒星的一点点光，恒星就会暗一下，于是我们就能通过暗的程度和时长（及光谱）来推测行星的情况。（目前有3974颗系外行星是靠凌日法发现的，占总发现数的75.8%）
听上去挺简单的。但行星的体积与恒星相比就是一粒豆子。当一颗木星大小的行星凌日时，它会引起恒星亮度下降有多少呢？只有1%左右。而一颗半径只有太阳1%的地球大小的行星只会引起太阳亮度下降的0.01%。这也是当年开普勒卫星的探测极限。
当行星离主恒星较近时，凌日更容易被发现，因为开普勒卫星发现的大部分系外行星都是那种温度很高的行星，无法支持生命的存在。只有离恒星足够远（有没那么远）时，才会出现宜居的温度。由于更难观测，开普勒卫星只发现了约10个被证实直径在地球1到2倍的系外行星。
这次韦伯望远镜在短短2.03天[4]内观察到了LHS 475b的两次39.98±4.04分钟的凌日，从而确认这颗行星公转周期比太阳系中的任何行星都要快得多。这个星球很可能已被潮汐锁定，也就是有一面一直面朝着恒星。今年夏天韦伯将进一步观测，希望能明确断定这颗行星是否有大气层。


怎么知道它有没有大气层？

未来十年在系外行星上寻找生命最关键的第一步，是确定凌日的岩石行星是否拥有大气层[5]。
与以前的方法相比，由于韦伯望远镜拥有很广的波长覆盖范围和更高的分辨率，使得其拥有强大的观测能力，能在穿过地球大小的行星大气层的恒星光线中寻找其大气吸收光谱。这种方法仅限于比较大的行星，如果有木星那么大，就更容易观测到。
目前该团队还无法断定大气层存在什么，但他们可以确定什么不存在。比如，甲烷与氧气不能很好的共存在大气中，所以如果一个行星有甲烷大气，那大气就不可能有大量氧气存在。目前韦伯望远镜的研究团队已排除了原始氢气为主且无云的纯甲烷大气的可能（类似土卫六那样富含甲烷的大气层）。

注：土卫六以氮气为主，氮含量98.4%，甲烷只有1.4%。很多文章（包括问题描述中），都把土卫六描述成了以甲烷为主，这是不正确的）

看光谱（是的，没有可见光照片）上的白点点，最好的可能是拥有二氧化碳（紫色的线），也有可能是没有大气。



2.9-5.3 um 透射光谱

从下面LHS 475b的透射光谱分析数据中，可以排除的是以氢气（和氦气）为主的大气（绿色字）。当假设其以氮气为主时，水、甲烷、二氧化碳和一氧化碳含量的2σ上限用红色字表示：


目前为止，还没有检测到与具有高海拔云层（类似金星）、稀薄大气（类似火星）或根本没有明显大气（类似水星）的行星一样的大气光谱。观察表明，韦伯望远镜具有很高的敏感性来限制特征小于50 ppm的类地系外行星的大气吸收[6]。



蓝线：类似地球；暗红色：类火星；灰虚线：类水星，十字点：韦伯观测结果

（BTW，有人问为什么哈勃望远镜无法观测这些行星的大气层或其他细节呢？因为它是在发现太阳系外的第一批行星之前设计的。）
借助韦伯望远镜，我们终于可以区分类地岩石行星大气层的“类别”，并了解这些世界是什么样的。

下一步：Ariel任务探测器

目前确认在宜居带、且表面温度在-93℃～37℃（180K ～310K）间或日照量在0.25～2.2倍地球通量之间的候选系外行星，共有361颗。
即使是强大如韦伯，也很难直接给这些地球大小的系外行星“拍照片”。当我们需要某种形式的直接成像时，可能需要期待一下2029年发射的Ariel任务探测器。与拥有很多使命任务的韦伯望远镜不同，Ariel只专注于研究系外行星的大气层。它将是人类首次专门测量系外行星化学成分和热结构的任务，而且是在可见光和红外波长上。
韦伯望远镜可以进行系外行星光谱分析，但它不太可能给我们太多的答案。
如果韦伯还不能满足人类的直接观测欲望，在我们有能力建造一个可以直接对系外行星成像的大型望远镜之前，我们就需要用类似于星载日冕仪来遮挡来自恒星，从而使对行星的拍摄成为可能（相当于逆光拍照时把太阳挡住）。而这个日冕仪最好能飞出数万公里，这样就能非常准确地定位并阻挡来自恒星而不是行星的光线。
即使如此，从技术上讲我们离直接成像还有几个数量级要走，因为那些第一批直接成像的行星应该都是远离轨道的气态巨行星，它们可能没有岩石表面。
系外生命

因为人类是有生命的，所以我们对宇宙中的其它生命体有着特殊的兴趣。
我们迟早会在某个地方发现某种形式的生命，（甚至检测到系外行星上存在叶绿素，疯狂的想法），也许这只是一个时间问题。
但我们离这个目标还很远。

题外话

如果罗辑在向49.5光年的系外恒星187J3X1发送“咒语”并摧毁它之前，通过韦伯望远镜得知其行星均无大气存在的话，那么就不会被判反人类罪了吧。

小饱1

除了新发现的岩石行星+1，没有其它的意义。
它甚至都不能算是“类地行星”，因为这颗新发现的行星很可能没有大气层，并且距离其母恒星太近，没有证据证明它能支持生物生存。它的公转周期只有2天，恒星强大的辐射和潮汐引力会摧毁行星表面的一切——这是一颗炙热的、不断变形的星球。


太阳系的半径大约为1光年，人类目前最远能到达的星球是38万公里外的月球，按照已知的航天器最快飞行速度，人类脱离太阳引力的束缚需要飞行4万年时间。即便我们现在出发，飞去41光年外的“宜居星球”也需要耗费百万年以上。
你知道100万年前，人类是什么样子吗？没错，他们住在岩洞里，拿石头砸骨头，用石片切肉吃。