任何未来的 21 世纪空间科学史学家都可能会将该学科划分为两个时代：詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）之前和之后。该望远镜的建造旨在通过研究第一批恒星和星系来改变我们对宇宙的理解，并且在运行不到一年的时间内，它已经从早期宇宙的观测中交付了诱人且可能具有革命性意义的结果。然而，JWST 的工作有望改变天文学的许多其他子领域，其中最值得一提的无疑是对系外行星（即围绕其他恒星运行的世界）的研究。天文学家现在知道存在超过 5,000 颗系外行星，但对其中大多数一无所知——它们的成分、环境条件，甚至生命前景。 JWST 正在开始改变这种状况，这要归功于其迄今为止无与伦比的直接观测这些外星世界的能力，它可以分解它们的光线以辨别更精细的细节，有时甚至设法在宿主恒星压倒性的光芒下拍摄到系外行星的照片。
尽管这些结果与寻找和研究潜在类地世界的星体生物学圣杯相去甚远，但仍然非常令人兴奋，因为 JWST 及其核心科学目标是在系外行星甚至被人们知晓之前构想出来的。“系外行星界目前非常兴奋，”美国宇航局总部（位于华盛顿特区）天体物理学部门主任马克·克莱平说道。
JWST 的首个科学年计划从 2022 年 7 月到 2023 年 6 月。在被称为周期 1 的这段时间里，大约四分之一的望远镜时间被用于大约 75 个系外行星项目。 JWST 最令人兴奋的应用之一是研究系外行星的大气层。这架望远镜镀金且宽度与成年非洲象相当，其红外调谐主镜使其能够以前所未有的程度探测系外行星的大气层。“使用哈勃 [太空望远镜]，我们进行了十年的探测水的工作，我们发现了大量的水，但仅此而已，”康奈尔大学的妮可·刘易斯说道。“那是唯一可以测量的东西。” JWST 也能看到水，以及更广泛的分子阵列，包括二氧化碳、钠等。 JWST 可以探测到的一些化合物，例如甲烷，与地球生物圈中的代谢过程密切相关，使其成为可能的生物特征，可能有助于揭示太阳系以外其他潜在宜居世界上生命的存在。
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八月份，天文学家透露，他们使用 JWST 首次探测到系外行星上的二氧化碳，方法是观察气体巨行星宿主恒星的光线穿过该行星大气层时，气体迹象的变化。这种被称为透射光谱学的技术不仅对于研究巨行星非常有用，而且对于研究可能更像我们太阳系岩石世界随从的较小行星也很有用。“我们需要从‘好吧，它们有空气吗？’开始，”刘易斯说道。“一旦我们了解了这一点，我们就可以制定更好的寻找生物特征气体的策略。”
在本月早些时候在西雅图举行的第 241 届美国天文学会（AAS）会议上，天文学家宣布了 JWST 的另一项透射光谱学结果。这一次，望远镜研究了一个名为 LHS 475 b 的地球大小的世界，它围绕一颗距离地球 41 光年的红矮星运行。在这种情况下，JWST 实际上证实了这颗行星的存在，此前美国宇航局的凌日系外行星巡天卫星（TESS）曾暗示过它的存在。“我们通过使用 JWST 观察它来证实它是一颗行星，”亚利桑那大学的莎拉·莫兰说道，她是该结果的合作者。
JWST 观测了这颗行星绕其恒星运行的两个轨道，但在五月份预计进行的额外观测将需要更好地解析该行星大气层的内容。然而，到目前为止，该团队“可以说明很多关于大气层不像什么的信息，”莫兰说道。“我们知道它不是像木星或土星那样以氢为主。我们认为它可能没有像地球那样的大气层。但它可能有一个像金星或火星那样的二氧化碳大气层，或者它可能根本没有像水星那样的大气层。”这些结果可能有助于了解围绕红矮星的其他岩石行星，红矮星约占银河系所有恒星的四分之三。“我们正处于尝试测量岩石行星大气层并试图弄清楚行星是否可以居住的最初阶段，”莫兰说道。
在研究岩石行星方面，JWST 主要限于围绕红矮星运行的世界，红矮星的光线足够暗淡，可以避免望远镜极其灵敏的光学器件过载。众所周知，此类恒星容易发生强烈的耀斑，可能会吹走像 LHS 475 b 这样的世界的大气层，与我们太阳系岩石世界中更广泛的恒星-行星距离相比，LHS 475 b 的轨道非常靠近其宿主恒星。“它们的全部大气层绝对有可能被它们的恒星吹走，”刘易斯说道。一个主要的红矮星目标，TRAPPIST-1 系统，距离地球近 40 光年，包含七个地球大小的世界。其中几个位于该恒星的宜居带——恒星周围的区域，其中足够的行星变暖星光可能允许液态水存在。对 TRAPPIST-1 的早期观测仍在进行中，包括寻找大气层的观测。这些结果可能在很大程度上揭示红矮星世界是否真的可以居住。“希望我们能在周期 1 结束前知道，”刘易斯说道。
JWST 还配备了一个令人兴奋的附加装置，称为日冕仪，这是一种阻挡恒星大部分光线的装置，以便可以看到较暗的伴随行星（这对于 JWST 的首张系外行星图像至关重要，研究人员去年九月公布了该图像）。望远镜日冕仪的抑制星光能力不足以揭示任何小型、潜在宜居的世界，但最近的研究表明，日冕仪应该允许 JWST 看到小至木星或土星大小的世界，这些世界围绕红矮星运行，距离恒星的距离等于或超过地球-太阳距离的五倍（五个天文单位，或 AU）。这大致是我们太阳系中木星的位置。
该分析来自美国宇航局戈达德太空飞行中心的凯伦·劳森及其同事，他们在最近的 AAS 会议上首次展示了令人惊叹的红外视图，展示了一个蔓延的碎片盘，环绕着一颗距离地球约 32 光年的年轻恒星。“在过去，直接成像仅限于 10 个左右的木星质量，”劳森说道。“在这里，我们对[单个]木星质量敏感。”这将使 JWST 能够以以前不可能的方式寻找其他恒星周围木星的粗略类似物。“我们希望，借助 JWST，我们可以限制行星在该区域的存在，”劳森说道。这种直接成像的行星可以直接在其围绕恒星运行的轨道中精确定位，从而提供“跟进并获得大量真正令人难以置信的数据”的绝佳机会。
天文学家们对另一架望远镜，欧洲航天局（ESA）的盖亚天文台的系外行星探测能力也感到兴奋。该望远镜于 2013 年发射升空，主要目的是绘制我们星系中数十亿颗恒星的运动和位置图，预计还将发现数千颗系外行星。在 AAS 会议上，英国埃克塞特大学的萨莎·欣克利（Sasha Hinkley）宣布，他和他的团队使用盖亚和智利的甚大望远镜（VLT），看到了一个距离地球约 130 光年的不寻常行星，该行星似乎正在经历核聚变。“它正在燃烧氘，”他说道，指的是一种氢同位素，它在比普通氢气更低的温度下实现为恒星提供动力的核聚变。欣克利表示，对该系统的进一步研究可能有助于天文学家在恒星、行星和棕矮星之间划出更清晰的界限——后者是一个定义松散的天体类别，其质量介于行星和恒星之间。这颗距离 130 光年的行星，由于盖亚观测到其宿主恒星的运动因看不见的世界的引力牵引而产生的摆动而被发现，可能是该望远镜即将发现的众多系外行星之一，其中一些也可能是 JWST 的有趣目标。
然而，尽管寻找类地世界在很大程度上超出了 JWST 的能力范围，但它似乎注定要定义 JWST 的系外行星遗产。“这就是所有这项工作的最终方向，”欣克利说道，“这也是大多数人参与这项游戏的原因。” 2026 年，一项名为 PLATO 的新 ESA 任务将发射，其主要目标是寻找此类世界。 PLATO 将凝视广阔的天空，首次认真地搜寻距离太阳系约 1,000 光年内的类地世界，围绕类太阳恒星运行。预计在该望远镜为期四年的主要任务期间，将发现数十颗此类行星，ESA 的任务项目科学家安娜·赫拉斯说道。“我们真的不知道[类地行星]的发生率是多少，”她说道。 PLATO 将在一定程度上告诉我们，在银河系的这个角落里有多少类地行星，如果有的话。
JWST 将无法密切研究这些世界。它的继任者，南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜，也定于 2027 年发射升空，也无法做到这一点。但罗曼将在实现其其他科学目标方面发挥关键作用：测试先进的日冕仪技术，这将是生成围绕像我们太阳这样的恒星运行的潜在宜居类地世界图像所必需的。该技术旨在随后应用于 JWST 和罗曼的继任者，新命名的宜居世界天文台，该天文台定于不早于 2030 年代后期发射，其任务是生成有史以来第一批潜在宜居地球的图像。加州大学天文台主任布鲁斯·麦金托什表示，为了实现这一目标，该望远镜在太空中的“稳定性必须比 JWST 高约 100 倍”。“这不是一个可以忽略的挑战。”
通往这一最终结果的道路漫长。“我们正处于一段旅程的开始，”克莱平说道。但即使抛开任何关于圣杯的说法，JWST 变革性的早期系外行星结果仍然让科学家们感到兴奋。然而，最好的还在后头。“人们需要耐心，”刘易斯说道。“第一个周期完全是关于采摘唾手可得的果实。在接下来的几个周期中，我们将开始疯狂起来。”