在过去的几十年里，天文学家在太阳系之外已经发现了近6000颗系外行星。其中，能够被直接成像的仅占极少数。即便是体积庞大的系外行星，其亮度也远远不及其宿主星，通常仅为宿主星的数千分之一，使得观测极具挑战性。
在一项新发表于《天体物理学杂志》上的研究表明，韦布空间望远镜（JWST）首次在一个标志性行星系统中，直接拍摄到多颗气态巨行星的图像。
HR 8799：一个年轻的行星系
HR 8799是一个距离地球130光年的行星系，包含了四颗已知的气态巨行星。相比太阳系46亿年的寿命，它只有约3000万年的历史，是一个非常年轻的系统。由于HR 8799内的行星仍处于高温状态，它们会释放大量的红外辐射，为科学家提供了关于其形成和演化过程的重要数据。
JWST为标志性的多行星系统HR 8799拍摄了迄今最清晰的红外图像。系统内最靠近宿主星的行星是HR 8799 e，轨道距离约为15亿英里，相当于太阳系中土星和海王星轨道之间的距离；最远的一颗行星是HR 8799 b，距离约为63亿英里，是海王星轨道的两倍多。星号标记了主星HR 8799的位置，其光线已被日冕仪遮挡，以便观测周围行星。（图/NASA, ESA, CSA, STScI, W. Balmer (JHU), L. Pueyo (STScI), M. Perrin (STScI)）
目前，科学界认为巨行星的形成主要遵循两种机制：一种是核吸积（core accretion）——这是一种类似太阳系中的巨行星（如木星）形成的机制，先由较重元素逐渐堆积形成一个固体核，当固体核质量足够大后，会吸引周围的气体；另一种是盘不稳定性（disk instability）——在年轻恒星周围的冷却原行星盘（主要由与恒星相同的物质构成）中，气体颗粒会快速塌缩、合并形成大质量天体。
弄清楚哪一种机制更为常见，有助于科学家区分不同系外行星的形成方式。
二氧化碳的发现
JWST的NIRCam（近红外相机）所搭载的日冕仪能够屏蔽恒星强光，从而揭示其周围隐藏的行星。这项技术使研究团队能够探测行星发出的红外光，这些红外光的特定波长会被某些特定气体吸收。这使得JWST成功捕捉到了HR 8799和另外一颗年轻的系外行星——51 Eri b的图像。
51 Eri是一个距离地球97光年的行星系。JWST的NIRCam成功捕捉到了51 Eri b，这是一颗较冷的、年轻的系外行星，轨道距离宿主星约8.9亿英里，相当于太阳系中土星的轨道距离。（图/NASA, ESA, CSA, STScI, W. Balmer (JHU), L. Pueyo (STScI), M. Perrin (STScI)）
观测结果表明，HR 8799中的一些已被深入研究过的行星，富含二氧化碳气体。这些显著的二氧化碳特征意味着，这些行星的大气中含有比之前预期更多的重元素，如碳、氧和铁。
这一发现提供了有力的证据表明，HR 8799系统中的四颗巨行星是通过核吸积形成的，类似于木星和土星的演化模式。
此外，研究还证实，JWST不仅能够通过成像技术推测系外行星的大气成分，还可以借助光谱仪直接解析其化学成分。这一能力进一步巩固了JWST在系外行星研究中的科学价值。
未来的观测方向
目前，研究团队正在进一步推进观测，以确认这些围绕其他恒星运行的天体究竟是真正的巨行星，还是类似于褐矮星的天体。
研究人员进行这类研究的目标，是为了通过与其他系外行星系统的比较，来理解太阳系的演化、生命的起源以及地球在宇宙中的位置。他们计划继续拍摄其他恒星系统的图像，分析它们与太阳系的相似性或差异，从而判断太阳系是否独特，还是与其他行星系统类似。
#参考来源：
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
#图片来源：
封面图&首图：NASA, ESA, CSA, STScI, W. Balmer (JHU), L. Pueyo (STScI), M. Perrin (STScI)
