行星系统需要数百万年的时间才能形成，这对天文学家来说是一个相当大的挑战。您如何确定它们处于哪个阶段，或如何对其进行分类?最好的方法是查看大量示例并不断添加到我们拥有的数据中——宇航局即将推出的詹姆斯韦伯太空望远镜将能够提供红外库存。使用韦伯的研究人员将观察 17 个正在形成的行星系统。这些特定系统之前由世界上最大的射电望远镜阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列 (ALMA) 进行了调查，用于高角分辨率项目 (DSHARP) 的磁盘子结构。
Webb 将测量可以揭示这些原行星盘内部区域分子的光谱，补充 ALMA 提供的有关这些原行星盘外部区域的详细信息。这些内部区域是岩石类地球行星可以开始形成的地方，这也是我们想更多地了解那里存在哪些分子的原因之一。
由纽约波基普西瓦萨学院的 Colette Salyk 和马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所的 Klaus Pontoppidan 领导的一个研究小组，正在寻找在红外光中发现的细节。“一旦你切换到红外光，特别是韦伯的中红外光范围，我们将对携带常见元素的最丰富的分子敏感，”庞托皮丹解释说。
研究人员将能够评估每个圆盘中水、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和氨以及许多其他分子的数量。至关重要的是，他们将能够计算包含我们所知的生命必需元素的分子，包括氧、碳和氮。如何?使用光谱法：Webb 将捕获每个原行星盘中心发出的所有光作为光谱，根据发出的光的波长产生详细的颜色图案。由于每个分子都在光谱上留下了独特的图案，研究人员可以识别存在哪些分子并建立每个原行星盘内的内容清单。这些图案的强度还携带有关每个分子的温度和数量的信息。
“韦伯的数据还将帮助我们确定分子在整个系统中的位置，”萨利克说。“如果它们很热，这意味着它们离恒星更近。如果它们更冷，它们可能离得更远。” 这些空间信息将有助于科学家在继续检查该程序的数据时构建的模型。
了解磁盘内部区域的内容还有其他好处。例如，水是否已经到达这个可能正在形成宜居行星的区域?“行星真正令人惊奇的事情之一是稍微改变化学反应，你就可以得到这些截然不同的世界，”萨利克继续道。“这就是我们对化学感兴趣的原因。我们试图弄清楚最初在系统中发现的材料如何最终成为不同类型的行星。”
如果这听起来像是一项重大任务，请不要担心——这将是一项社区努力。这是一个 Webb 资金计划，这意味着数据在所有天文学家收到后立即发布，让每个人都可以立即提取数据，开始评估每个磁盘中的内容，并分享他们的发现。
“韦伯的红外数据将得到深入研究，”威斯康星大学麦迪逊分校的联合研究员 Ke Zhang 补充道。“我们希望整个研究界能够从不同角度处理数据。”
为什么要近距离检查?
让我们退后一步，只见树木不见森林。想象一下，你在一艘远离遥远地形海岸的研究船上。这是最广泛的观点。如果您要登陆和下船，您可以开始计算有多少棵树以及每种树种有多少。您可以开始识别特定的昆虫和鸟类，并将您在海上听到的声音与您在树梢下听到的叫声相匹配。这种详细的编目与韦伯将授权研究人员做的事情非常相似——但是用化学元素交换树木和动物。
该计划中的原行星盘非常明亮，并且距离地球相对较近，因此成为研究的绝佳目标。这就是他们接受 ALMA 调查的原因。这也是研究人员使用 NASA 的斯皮策太空望远镜研究它们的原因。自 2003 年以来，这些物体才被深入研究，使其成为一个相对较新的研究领域。韦伯可以补充我们所知道的很多东西。
望远镜的中红外仪器 (MIRI) 提供了许多优势。韦伯在太空中的位置意味着它可以捕获全范围的中红外光(地球的大气层将其过滤掉)。此外，它的数据将具有高分辨率，这将揭示光谱中更多的线条和摆动，研究人员可以使用它们来梳理特定分子。
研究人员还对为这些观测选择的恒星类型进行了选择。该样本包括质量约为太阳质量的一半至太阳质量两倍的恒星。为什么?目标是帮助研究人员更多地了解可能与我们自己形成的系统相似的系统。“通过这个样本，我们可以开始确定磁盘的特性与其内部化学之间是否存在任何共同特征，”张继续说道。“最终，我们希望能够预测哪种类型的系统更有可能产生宜居行星。”
开始回答大问题
该程序还可以帮助研究人员开始回答一些经典问题：原行星盘中发现的一些最丰富的元素，如碳、氮和氧，是否从形成它们的星际云“继承”了它们的形式?或者化学品的精确混合是否会随着时间而改变?庞托皮丹解释说：“我们认为我们可以通过与 Webb 进行盘点来获得其中的一些答案。” “这显然是大量的工作要做——而且不能只用这些数据来完成——但我认为我们将取得一些重大进展。”
更广泛地考虑韦伯将提供的极其丰富的光谱，萨利克补充说，“我希望我们能看到让我们感到惊讶的事情，然后开始研究这些意外发现。”
这项研究将作为韦伯通用观察员 (GO) 计划的一部分进行，这些计划是使用双重匿名审查系统进行竞争选择的，该系统与哈勃太空望远镜上用于分配时间的系统相同。