收錄于合集#韋布空間望遠(yuǎn)鏡41個(gè)

這張圖片由NASA詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡的近紅外相機(jī)所拍攝，使用了兩種類(lèi)型的紅外濾鏡（在這張圖片中，1.5微米的顏色為橙色，4.1微米的顏色為藍(lán)色），描繪了距我們630光年的暗分子云“蝘蜓座I”的中心區(qū)域。圖片左上方呈向外流動(dòng)狀的年輕的原恒星Ced 110 IRS 4（橙色）發(fā)出的紅外光照亮了圖片中心絮狀的低溫云物質(zhì)（藍(lán)色）。來(lái)自分子云背景中多顆恒星（橙色的點(diǎn)）的光，可用于探測(cè)分子云中的冰，這些冰吸收了穿過(guò)它們的恒星光。 圖片來(lái)源：NASA、ESA、CSA和ESA的M·扎馬尼（M. Zamani）

對(duì)于宜居星球而言，包含各種物質(zhì)的冰是一種重要的成分，因?yàn)樗菐追N關(guān)鍵元素的主要來(lái)源，包括碳、氫、氧、氮和硫（這里簡(jiǎn)稱為“CHONS”），這些元素不僅是行星大氣的重要組成部分，還構(gòu)成了與生命相關(guān)的糖和簡(jiǎn)單氨基酸等分子。

利用美國(guó)航空航天局（NASA）詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（James Webb Space Telescope）近紅外相機(jī)（NIRCam）、近紅外光譜儀（NIRSpec）和中紅外儀器（MIRI）的數(shù)據(jù)，一個(gè)國(guó)際天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)獲得了迄今為止在分子云（molecular cloud）中測(cè)量到的最深、最冷的冰的詳細(xì)信息。除了僅由水分子組成的簡(jiǎn)單的冰之外，研究團(tuán)隊(duì)還能夠識(shí)別各種分子的冰形式，從羰基硫、氨和甲烷，到結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的復(fù)雜有機(jī)分子甲醇。這是迄今為止對(duì)可用于形成未來(lái)幾代恒星和行星的冰成分所進(jìn)行的最全面的調(diào)查，這些冰在年輕恒星形成過(guò)程中會(huì)因溫度上升而消失。

荷蘭萊頓天文臺(tái)（Leiden Observatory）的天文學(xué)家梅利莎·麥克盧爾（Melissa McClure）說(shuō)：“對(duì)于星際塵埃顆粒上的冰，我們的研究結(jié)果提供了它在形成之初的黑暗化學(xué)階段的信息，這些冰后續(xù)將長(zhǎng)成幾厘米大的卵石狀物質(zhì)，也就是原行星盤(pán)（protoplanetary disk）的起點(diǎn)?！泵防怯^測(cè)計(jì)劃的首席研究員，也是描述這一結(jié)果論文的主要作者，“這些觀察為構(gòu)成生命基石所需的簡(jiǎn)單和復(fù)雜分子的形成途徑打開(kāi)了一扇新窗口。”

除了已識(shí)別的分子外，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了比甲醇更復(fù)雜的分子存在的證據(jù)，盡管他們沒(méi)有明確地將這些信號(hào)歸因于某些特定分子，但這首次證明了復(fù)雜分子是在恒星誕生之前形成于分子云的冰冷深處的。

“對(duì)像甲醇和可能存在的乙醇這樣的復(fù)雜有機(jī)分子的鑒定也表明，在這片特定的分子云中誕生的許多恒星和行星系統(tǒng)將‘繼承’一些化學(xué)狀態(tài)相當(dāng)超前的分子?！眳⑴c研究的萊頓天文臺(tái)天文學(xué)家威爾·羅查（Will Rocha）補(bǔ)充說(shuō)，“這可能意味著行星系統(tǒng)中生命起源前分子前體的存在，是恒星形成的一個(gè)常見(jiàn)結(jié)果，而并非我們太陽(yáng)系獨(dú)有的特征?！?/p>

天文學(xué)家獲得了迄今為止在分子云中測(cè)量到的最深、最冷的冰的詳細(xì)信息。使用背景恒星之一的NIR38的光，研究人員照亮了暗分子云“蝘蜓座I”。分子云中的冰吸收了特定波長(zhǎng)的紅外光，留下了被稱為吸收線的光譜指紋，代表著分子云中存在的特定物質(zhì)。這些圖表顯示了詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡三個(gè)儀器的光譜數(shù)據(jù)。除了像水分子這樣的冰，研究團(tuán)隊(duì)還識(shí)別出了各種分子的冷凍形式，從二氧化碳、氨和甲烷，到最簡(jiǎn)單的復(fù)雜有機(jī)分子甲醇。圖片來(lái)源：NASA、ESA、CSA和空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所的J·奧姆斯特德（J. Olmsted）

通過(guò)檢測(cè)含硫的冰，也就是羰基硫，研究人員首次估算出了嵌入恒星形成前冰塵埃顆粒中的硫含量。雖然測(cè)得的量大于之前觀察到的量，但它仍然小于根據(jù)其密度預(yù)計(jì)存在于這一分子云中的總量，對(duì)于其他的CHONS元素也是如此。天文學(xué)家面臨的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是，找到這些元素所隱藏的位置：是在冰里，煤煙般的物質(zhì)里，還是在巖石中。每種物質(zhì)中的CHONS含量決定了這些元素中有多少最終進(jìn)入了系外行星大氣層，又有多少存在于行星內(nèi)部。

“事實(shí)上，我們沒(méi)有看到所預(yù)期的全部CHONS，這可能表明它們存在于我們無(wú)法測(cè)量的更多巖石狀或煤煙般的物質(zhì)中?！丙溈吮R爾解釋說(shuō)，“這可以使類(lèi)地行星的整體組成更加多樣化?！?/p>

分子云內(nèi)的冰分子會(huì)吸收來(lái)自分子云之外的恒星光，在韋布可觀測(cè)的特定紅外波長(zhǎng)下可以得到相應(yīng)的吸收光譜，將吸收光譜的特征曲線與實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可以確定分子云中存在哪些冰分子。在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)了暗分子云“蝘蜓座I”（Chamaeleon I）中一個(gè)觀測(cè)難度高、溫度極低的致密區(qū)域中的冰，“蝘蜓座I”是恒星形成區(qū) “蝘蜓座分子云”（Chamaeleon complex）中的一個(gè)分子云，距離地球大約630光年，目前正有數(shù)十顆年輕的恒星正在形成。這片分子云中冰的溫度約為10開(kāi)爾文（-263攝氏度），被認(rèn)為是迄今為止測(cè)定到的最冷的冰。

“如果沒(méi)有韋布，我們根本不可能觀察到這些冰?！眳⑴c這項(xiàng)研究的美國(guó)巴爾的摩空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所（Space Telescope Science Institute，STScI）韋布項(xiàng)目科學(xué)家克勞斯·蓬托皮丹（Klaus Pontoppidan）說(shuō)道，“在背景恒星光連續(xù)統(tǒng)一的吸收譜中，這些冰呈現(xiàn)出了明顯的波谷。在如此低溫且致密的區(qū)域，來(lái)自背景恒星的大部分光線都被阻擋了，對(duì)于探測(cè)恒星光并由此識(shí)別出分子云中的冰來(lái)說(shuō)，韋布的高靈敏度是必不可少的?！?/p>

這項(xiàng)研究是“冰期”（ Ice Age）計(jì)劃的一部分，“冰期”計(jì)劃則是韋布13個(gè)“早期發(fā)布科學(xué)”（ Early Release Science）計(jì)劃之一。這些計(jì)劃旨在展示韋布的觀測(cè)能力，同時(shí)讓天文學(xué)家們了解充分利用韋布各儀器的方式。“冰期”計(jì)劃團(tuán)隊(duì)打算進(jìn)一步觀察，并希望追蹤冰從形成到組成冰彗星的過(guò)程。

“這只是我們將獲得的一系列光譜數(shù)據(jù)中的第一波，最終我們將了解冰是如何從最初的合成演化到原行星盤(pán)的彗星形成區(qū)域的。”麥克盧爾總結(jié)道，“這將告訴我們哪些冰的混合物，具體一點(diǎn)就是哪些元素，最終可以被送到類(lèi)地系外行星的表面，或是融入到氣態(tài)巨行星或冰態(tài)巨行星的大氣層中?！?/p>

相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于1月23日的《自然-天文學(xué)》（Nature Astronomy）雜志上。

詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡是世界上首屈一指的空間科學(xué)望遠(yuǎn)鏡，它將解開(kāi)太陽(yáng)系中的謎團(tuán)，超越其他恒星周?chē)倪b遠(yuǎn)世界，探索我們宇宙的神秘結(jié)構(gòu)和起源，以及地球在其中的位置。韋布是由NASA與合作伙伴歐洲航天局（European Space Agency，ESA）和加拿大航天局（Canadian Space Agency，CSA）牽頭的一項(xiàng)國(guó)際計(jì)劃。

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