根據最新的研究，從系外行星55 Cancri e的熔岩覆蓋表面冒出的氣體可能會形成富含二氧化碳或一氧化碳的大氣。55 Cancri e是圍繞著類太陽恆星55 Cancri A執行的5顆行星之一。55 Cancri A位於巨蟹座，距離我們 40光年。這顆行星發現於2004年，半徑是地球的兩倍，質量是地球的8倍，稱為超級地球。55 Cancri e每18小時繞其主恆星執行一圈，距離為0.015天文單位，比水星與太陽的距離約近25倍。這顆行星被潮汐鎖定，意思是它不會像地球那樣自轉，而是有永久的「白天」面和「夜晚」面。
圖說：藝術家對55 Cancri e的想像圖。圖片來源：NASA / ESA / CSA / R. Crawford, STScI
先前史匹哲太空望遠鏡對55 Cancri e的研究表明，此行星存在富含氧氣、氮氣和二氧化碳等揮發物的大氣層。但不排除另一種可能性，這顆行星是裸露的，只有一層薄薄的汽化岩石，富含矽、鐵、鋁和鈣等元素。研究人員表示這顆行星太熱了，有些熔岩應該會蒸發。為了區分這兩種可能性，研究團隊使用韋伯近紅外線相機（NIRCam）和中紅外成像-光譜儀（MIRI）來測量來自55 Cancri e的4～12微米紅外線，雖然韋伯無法直接捕捉到這顆行星的影像，但可以測量行星繞恆星執行時整個系統發出光線的細微變化。透過恆星和行星的總亮度減去恆星自身（在次食期間，即當行星位在恆星後面時）的亮度，天文學家可以計算出行星發出了多少紅外光，此稱為次食光譜法（secondary eclipse spectroscopy），類似於其他研究團隊在其他岩石系外行星（如 TRAPPIST-1b）上尋找大氣層所使用的方法。
55 Cancri e可能擁有大量大氣層的第一個跡象來自於透過對其熱輻射的溫度測量，即以紅外光形式發出的熱能。如果這顆行星被黑色熔岩覆蓋，並帶有一層薄薄的汽化岩石面紗，或者根本沒有大氣層，那麼白天的溫度應該會落在攝氏2,200度左右，但MIRI資料顯示溫度則相對較低，約為攝氏1,540度，研究人員表示這是一個有力的跡象，NIRCam的資料與富含揮發物的大氣一致的模式，這說明能量很可能是透過富含揮發性的大氣，由白天側流向夜晚側。雖然熔岩流可以將一些熱量帶到夜側，但它們無法有效地將熱量移到夜側而產生冷卻效果。研究團隊看到光譜在4到5微米之間下降的證據，即到達望遠鏡的光線減少了，這表示存在含有一氧化碳或二氧化碳的大氣，這兩者都會吸收這些波長的光，若是沒有大氣層或大氣層中只有氣化岩石的行星不會有這種特定的光譜特徵。研究團隊認為，覆蓋55 Cancri e的氣體可能是從內部冒泡出來的，而不是自行星形成以來就存在的。
圖說：韋伯NIRCam於2022年11月和MIRI於2023年3月所拍攝的熱發射光譜，表明此行星可能被富含二氧化碳或一氧化碳和其他物質的大氣包圍。圖片來源：NASA / ESA / CSA / J. Olmsted, STScI / R. Hu, JPL / A. Bello-Arufe, JPL / M. Zhang, University of Chicago / M. Zilinskas, SRON Netherlands Institute for Space Research
由於恆星的高溫和強烈輻射，初級大氣層早已消失，由巖漿海洋不斷補充的次生大氣層，巖漿不僅是晶體和液態岩石，裡面還含有大量溶解的氣體，由於與巖漿海洋的相互作用，行星周圍的大氣層將會變得更加複雜且多變。除了一氧化碳或二氧化碳之外，還可能存在氮氣、水蒸氣、二氧化硫、一些蒸發的岩石等氣體，甚至是由空氣中凝結的熔岩微小液滴組成的短暫雲層。雖然55 Cancri e溫度太高，不適合居住，但科學家認為它可以為研究岩石行星的大氣層、表面和內部之間的相互作用提供一個獨特的視窗，或許還可以提供對早期地球、金星和火星的深入瞭解。最終，希望能瞭解到底是什麼條件使岩石行星能夠維持富含氣體的大氣層，因為這是適居行星的關鍵成分。相關研究成果發表於《Nature》期刊上。（編譯／趙瑞青）
資料來源：NASA
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