收錄於(yu) 合集#韋布空間望遠鏡41個(ge)

這張圖片由NASA詹姆斯·韋布空間望遠鏡的近紅外相機所拍攝，使用了兩(liang) 種類型的紅外濾鏡（在這張圖片中，1.5微米的顏色為(wei) 橙色，4.1微米的顏色為(wei) 藍色），描繪了距我們(men) 630光年的暗分子雲(yun) “蝘蜓座I”的中心區域。圖片左上方呈向外流動狀的年輕的原恒星Ced 110 IRS 4（橙色）發出的紅外光照亮了圖片中心絮狀的低溫雲(yun) 物質（藍色）。來自分子雲(yun) 背景中多顆恒星（橙色的點）的光，可用於(yu) 探測分子雲(yun) 中的冰，這些冰吸收了穿過它們(men) 的恒星光。 圖片來源：NASA、ESA、CSA和ESA的M·紮馬尼（M. Zamani）

對於(yu) 宜居星球而言，包含各種物質的冰是一種重要的成分，因為(wei) 它是幾種關(guan) 鍵元素的主要來源，包括碳、氫、氧、氮和硫（這裏簡稱為(wei) “CHONS”），這些元素不僅(jin) 是行星大氣的重要組成部分，還構成了與(yu) 生命相關(guan) 的糖和簡單氨基酸等分子。

利用美國航空航天局（NASA）詹姆斯·韋布空間望遠鏡（James Webb Space Telescope）近紅外相機（NIRCam）、近紅外光譜儀(yi) （NIRSpec）和中紅外儀(yi) 器（MIRI）的數據，一個(ge) 國際天文學家團隊獲得了迄今為(wei) 止在分子雲(yun) （molecular cloud）中測量到的最深、最冷的冰的詳細信息。除了僅(jin) 由水分子組成的簡單的冰之外，研究團隊還能夠識別各種分子的冰形式，從(cong) 羰基硫、氨和甲烷，到結構最簡單的複雜有機分子甲醇。這是迄今為(wei) 止對可用於(yu) 形成未來幾代恒星和行星的冰成分所進行的最全麵的調查，這些冰在年輕恒星形成過程中會(hui) 因溫度上升而消失。

荷蘭(lan) 萊頓天文台（Leiden Observatory）的天文學家梅利莎·麥克盧爾（Melissa McClure）說：“對於(yu) 星際塵埃顆粒上的冰，我們(men) 的研究結果提供了它在形成之初的黑暗化學階段的信息，這些冰後續將長成幾厘米大的卵石狀物質，也就是原行星盤（protoplanetary disk）的起點。”梅利莎是觀測計劃的首席研究員，也是描述這一結果論文的主要作者，“這些觀察為(wei) 構成生命基石所需的簡單和複雜分子的形成途徑打開了一扇新窗口。”

除了已識別的分子外，研究團隊還發現了比甲醇更複雜的分子存在的證據，盡管他們(men) 沒有明確地將這些信號歸因於(yu) 某些特定分子，但這首次證明了複雜分子是在恒星誕生之前形成於(yu) 分子雲(yun) 的冰冷深處的。

“對像甲醇和可能存在的乙醇這樣的複雜有機分子的鑒定也表明，在這片特定的分子雲(yun) 中誕生的許多恒星和行星係統將‘繼承’一些化學狀態相當超前的分子。”參與(yu) 研究的萊頓天文台天文學家威爾·羅查（Will Rocha）補充說，“這可能意味著行星係統中生命起源前分子前體(ti) 的存在，是恒星形成的一個(ge) 常見結果，而並非我們(men) 太陽係獨有的特征。”

天文學家獲得了迄今為(wei) 止在分子雲(yun) 中測量到的最深、最冷的冰的詳細信息。使用背景恒星之一的NIR38的光，研究人員照亮了暗分子雲(yun) “蝘蜓座I”。分子雲(yun) 中的冰吸收了特定波長的紅外光，留下了被稱為(wei) 吸收線的光譜指紋，代表著分子雲(yun) 中存在的特定物質。這些圖表顯示了詹姆斯·韋布空間望遠鏡三個(ge) 儀(yi) 器的光譜數據。除了像水分子這樣的冰，研究團隊還識別出了各種分子的冷凍形式，從(cong) 二氧化碳、氨和甲烷，到最簡單的複雜有機分子甲醇。圖片來源：NASA、ESA、CSA和空間望遠鏡科學研究所的J·奧姆斯特德（J. Olmsted）

通過檢測含硫的冰，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。雖然測得的量大於(yu) 之前觀察到的量，但它仍然小於(yu) 根據其密度預計存在於(yu) 這一分子雲(yun) 中的總量，對於(yu) 其他的CHONS元素也是如此。天文學家麵臨(lin) 的一個(ge) 關(guan) 鍵挑戰是，找到這些元素所隱藏的位置：是在冰裏，煤煙般的物質裏，還是在岩石中。每種物質中的CHONS含量決(jue) 定了這些元素中有多少最終進入了係外行星大氣層，又有多少存在於(yu) 行星內(nei) 部。

“事實上，我們(men) 沒有看到所預期的全部CHONS，這可能表明它們(men) 存在於(yu) 我們(men) 無法測量的更多岩石狀或煤煙般的物質中。”麥克盧爾解釋說，“這可以使類地行星的整體(ti) 組成更加多樣化。”

分子雲(yun) 內(nei) 的冰分子會(hui) 吸收來自分子雲(yun) 之外的恒星光，在韋布可觀測的特定紅外波長下可以得到相應的吸收光譜，將吸收光譜的特征曲線與(yu) 實驗室數據進行比較，可以確定分子雲(yun) 中存在哪些冰分子。在這項研究中，研究團隊瞄準了暗分子雲(yun) “蝘蜓座I”（Chamaeleon I）中一個(ge) 觀測難度高、溫度極低的致密區域中的冰，“蝘蜓座I”是恒星形成區 “蝘蜓座分子雲(yun) ”（Chamaeleon complex）中的一個(ge) 分子雲(yun) ，距離地球大約630光年，目前正有數十顆年輕的恒星正在形成。這片分子雲(yun) 中冰的溫度約為(wei) 10開爾文（-263攝氏度），被認為(wei) 是迄今為(wei) 止測定到的最冷的冰。

“如果沒有韋布，我們(men) 根本不可能觀察到這些冰。”參與(yu) 這項研究的美國巴爾的摩空間望遠鏡科學研究所（Space Telescope Science Institute，STScI）韋布項目科學家克勞斯·蓬托皮丹（Klaus Pontoppidan）說道，“在背景恒星光連續統一的吸收譜中，這些冰呈現出了明顯的波穀。在如此低溫且致密的區域，來自背景恒星的大部分光線都被阻擋了，對於(yu) 探測恒星光並由此識別出分子雲(yun) 中的冰來說，韋布的高靈敏度是必不可少的。”

這項研究是“冰期”（ Ice Age）計劃的一部分，“冰期”計劃則是韋布13個(ge) “早期發布科學”（ Early Release Science）計劃之一。這些計劃旨在展示韋布的觀測能力，同時讓天文學家們(men) 了解充分利用韋布各儀(yi) 器的方式。“冰期”計劃團隊打算進一步觀察，並希望追蹤冰從(cong) 形成到組成冰彗星的過程。

“這隻是我們(men) 將獲得的一係列光譜數據中的第一波，最終我們(men) 將了解冰是如何從(cong) 最初的合成演化到原行星盤的彗星形成區域的。”麥克盧爾總結道，“這將告訴我們(men) 哪些冰的混合物，具體(ti) 一點就是哪些元素，最終可以被送到類地係外行星的表麵，或是融入到氣態巨行星或冰態巨行星的大氣層中。”

相關(guan) 研究結果發表於(yu) 1月23日的《自然-天文學》（Nature Astronomy）雜誌上。

詹姆斯·韋布空間望遠鏡是世界上首屈一指的空間科學望遠鏡，它將解開太陽係中的謎團，超越其他恒星周圍的遙遠世界，探索我們(men) 宇宙的神秘結構和起源，以及地球在其中的位置。韋布是由NASA與(yu) 合作夥(huo) 伴歐洲航天局（European Space Agency，ESA）和加拿大航天局（Canadian Space Agency，CSA）牽頭的一項國際計劃。

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