在過去的幾十年里，天文學家在太陽系之外已經發現了近6000顆系外行星。其中，能夠被直接成像的僅占極少數。即便是體積龐大的系外行星，其亮度也遠遠不及其宿主星，通常僅為宿主星的數千分之一，使得觀測極具挑戰性。

在一項新發表于《天體物理學雜志》上的研究表明，韋布空間望遠鏡（JWST）首次在一個標志性行星系統中，直接拍攝到多顆氣態巨行星的圖像。

HR 8799：一個年輕的行星系

HR 8799是一個距離地球130光年的行星系，包含了四顆已知的氣態巨行星。相比太陽系46億年的壽命，它只有約3000萬年的歷史，是一個非常年輕的系統。由于HR 8799內的行星仍處于高溫狀態，它們會釋放大量的紅外輻射，為科學家提供了關于其形成和演化過程的重要數據。

JWST為標志性的多行星系統HR 8799拍攝了迄今最清晰的紅外圖像。系統內最靠近宿主星的行星是HR 8799 e，軌道距離約為15億英里，相當于太陽系中土星和海王星軌道之間的距離；最遠的一顆行星是HR 8799 b，距離約為63億英里，是海王星軌道的兩倍多。星號標記了主星HR 8799的位置，其光線已被日冕儀遮擋，以便觀測周圍行星。（圖/NASA, ESA, CSA, STScI, W. Balmer (JHU), L. Pueyo (STScI), M. Perrin (STScI)）

目前，科學界認為巨行星的形成主要遵循兩種機制：一種是核吸積（core accretion）——這是一種類似太陽系中的巨行星（如木星）形成的機制，先由較重元素逐漸堆積形成一個固體核，當固體核質量足夠大后，會吸引周圍的氣體；另一種是盤不穩定性（disk instability）——在年輕恒星周圍的冷卻原行星盤（主要由與恒星相同的物質構成）中，氣體顆粒會快速塌縮、合并形成大質量天體。

弄清楚哪一種機制更為常見，有助于科學家區分不同系外行星的形成方式。

二氧化碳的發現

JWST的NIRCam（近紅外相機）所搭載的日冕儀能夠屏蔽恒星強光，從而揭示其周圍隱藏的行星。這項技術使研究團隊能夠探測行星發出的紅外光，這些紅外光的特定波長會被某些特定氣體吸收。這使得JWST成功捕捉到了HR 8799和另外一顆年輕的系外行星——51 Eri b的圖像。

51 Eri是一個距離地球97光年的行星系。JWST的NIRCam成功捕捉到了51 Eri b，這是一顆較冷的、年輕的系外行星，軌道距離宿主星約8.9億英里，相當于太陽系中土星的軌道距離。（圖/NASA, ESA, CSA, STScI, W. Balmer (JHU), L. Pueyo (STScI), M. Perrin (STScI)）

觀測結果表明，HR 8799中的一些已被深入研究過的行星，富含二氧化碳氣體。這些顯著的二氧化碳特征意味著，這些行星的大氣中含有比之前預期更多的重元素，如碳、氧和鐵。

這一發現提供了有力的證據表明，HR 8799系統中的四顆巨行星是通過核吸積形成的，類似于木星和土星的演化模式。

此外，研究還證實，JWST不僅能夠通過成像技術推測系外行星的大氣成分，還可以借助光譜儀直接解析其化學成分。這一能力進一步鞏固了JWST在系外行星研究中的科學價值。

未來的觀測方向

目前，研究團隊正在進一步推進觀測，以確認這些圍繞其他恒星運行的天體究竟是真正的巨行星，還是類似于褐矮星的天體。

研究人員進行這類研究的目標，是為了通過與其他系外行星系統的比較，來理解太陽系的演化、生命的起源以及地球在宇宙中的位置。他們計劃繼續拍攝其他恒星系統的圖像，分析它們與太陽系的相似性或差異，從而判斷太陽系是否獨特，還是與其他行星系統類似。

#參考來源：

https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-images-young-giant-exoplanets-detects-carbon-dioxide/

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/adb1c6

#圖片來源：

封面圖&首圖：NASA, ESA, CSA, STScI, W. Balmer (JHU), L. Pueyo (STScI), M. Perrin (STScI)