韦伯太空望远镜揭示遥远行星WASP-39b两侧不同的大气状况

根据美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜以及其他太空和地面望远镜的间接凌日观测结果，这幅艺术家的概念图展示了系外行星WASP-39 b可能的样子。资料来源：NASA、ESA、CSA、Ralf Crawford（STScI）

利用大功率望远镜测量系外行星（太阳系外的行星）的大气层已经有一段时间了。然而，大气层一直被认为在整个行星上都是一样的。

7月15日发表在《自然》（Nature）杂志上的这项新分析聚焦于一颗拥有非凡大气层的行星，揭示了这颗行星独特的"早晨"和"傍晚"两面。这项研究由太空望远镜科学研究所（Space Telescope Science Institute）领导，伦敦帝国学院（Imperial College London）的一名研究人员进行了部分分析。

这颗巨行星被命名为 WASP-39b，它的半径比木星大，但质量与土星相似，围绕着一颗距离地球约 700 光年的恒星运行。它与恒星的距离也非常近，这使得它每天的表面最高温度超过 1000°C（1800°F），这意味着它完成一次"日"自转所需的时间与完成一次轨道自转所需的时间相同。

这也意味着它是"潮汐锁定"的：行星的同一面始终朝向恒星，就像月球的同一面始终朝向地球一样。这就形成了行星恒定的"白天"和恒定的"夜晚"两面，但关键的是，在这两面之间还有"早晨"和"傍晚"两面。

伦敦帝国学院物理系的詹姆斯-柯克（James Kirk）博士说："太阳系中没有这样的行星，但我们观测到的大多数绕遥远恒星运行的行星都比较近，轨道很短，比如 WASP-39b。现在，我们已经能够检验我们关于这些行星的理论，并首次在很宽的波长范围内直接测量系外行星的晨昏面。"

太空望远镜科学研究所的系外行星研究员、该研究的第一作者内斯托尔-埃斯皮诺萨（Néstor Espinoza）评论说："这项分析也特别有趣，因为你获得了关于这颗行星的三维信息，这在以前是没有的。因为我们可以看出晚间的边缘温度更高，这意味着它更蓬松一些。因此，从理论上讲，在接近行星夜边的终结点有一个小的膨胀。"

科学家通过测量行星从其恒星前方经过时接收到的光线，发现系外行星大气层的相关信息。在此过程中，恒星的光线通过行星大气层的过滤而发生变化。詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）上的仪器可以检测到这些变化，其特定的特征揭示了大气层中的不同分子。

不过，这种技术假定整个地球表面的大气层大致相同。

在 WASP-39b 上，始终面向恒星的白天一侧要比夜晚一侧热得多。由于行星自转的方式，这种巨大的温差被认为在赤道上形成了一股朝一个方向移动的强风。这就形成了"晨风"和"晚风"。"晨风"是凉爽的夜风吹向白天的一侧，而"晚风"是炎热的白天风吹向夜晚的一侧。数据显示，傍晚的温度明显更高，达到灼热的 800°C（1500°F），而早晨的温度相对较低，为 600°C（1100°F）。

云层的形成与温度有关，因此研究小组预计早晨和傍晚的云层数量会有所不同。他们使用了几种分析 JWST 数据的方法来测试这一点，结果发现正如预测的那样，早晨比傍晚云量更多。

柯克博士开发了其中一种分析技术，它只关注行星开始和结束穿过恒星表面时接收到的光线。由于在这些时刻只有行星的边缘"接触"恒星的圆盘，因此恒星的光线只能分别通过大气层的早晨或傍晚两侧进行过滤。分析结果与团队其他成员完成的其他分析结果非常吻合，团队成员包括来自美国和欧洲的研究人员。

研究小组现在希望扩大他们的分析范围，以包括来自 JWST 上更多仪器的数据。该望远镜携带的仪器可以分析从可见光到红外线等一系列波长的光线，从而揭示 WASP-39b 大气差异的更多细节。

柯克博士说："现在，我们已经证明了这种方法在 JWST 上的可行性，而且 JWST 的精度非常高，这确实为我们了解和测量系外行星的大气环流开辟了一条新途径，而我们以前对这些行星的大气环流基本不敏感"。

编译自/ScitechDaily