韦伯望远镜在系外岩石行星上探测到大气层

近期，国际研究团队使用美国太空总署（NASA）韦伯太空望远镜（JWST）揭示一颗岩质行星，不仅公转速度快，表面有一层炙热的岩浆，且可能覆盖着一层厚重的大气层。研究人员表示，它整体特征类似于地球早期的模样，并打破过往“大气剥离”的假设。

该国际团队由英国伯明罕大学（University of Birmingham）、荷兰卡普坦天文研究所（Kapteyn Astronomical Institute）与美国卡内基科学研究所（Carnegie Institution for Science）等机构组成。这项关于“超级地球”拥有大气与熔融表面的研究成果，于12月11日发表在《天文物理学杂志快报》。

这颗“超级地球”被命名为“TOI-561 b”，距离太阳系约280光年，半径约为地球的1.4倍，密度是地球的3.2倍（每立方公分5.5克），显示其成分为岩石，但铁含量较低。

它距离宿主恒星不到一百万英里（160万公里），仅为水星到太阳距离的四十分之一，因此绕恒星公转周期不到11小时，属于罕见的“超短周期系外行星”。

由于它被“潮汐锁定”，使其有一面永远朝向恒星，接受到辐射量是地球的5,000倍左右。这让该颗星球表面温度远超普通岩石的熔点，成为一颗拥有岩浆海的超高温岩质行星。该宿主恒星是一颗位于银河系厚盘（thick disk）区域的贫铁恒星，年龄约100亿年，且表面温度略低于太阳温度。

研究团队推测，TOI-561 b可能类似地球年轻时形成的模样，内部包含一个相对较小的铁核，地函则是由一个密度低于地球内部的岩石构成。

对此，论文第一作者、卡内基科学地球与行星实验室的科学家乔安娜·特斯克（Johanna K. Teske）表示，“这颗行星真正与众不同之处，在于其异常低的密度。相较于类似地球的岩石金属成分，其密度不应如此之低。”

特斯克补充道，“TOI-561 b与超短周期行星的不同。它围绕着一颗非常古老、贫铁的恒星运行。这颗恒星的年龄是太阳的两倍，位于银河系被称为厚盘的区域，其化学环境与我们的太阳系截然不同，这也让该行星的形成历史显得更加独特。”

韦伯望远镜揭示TOI-561 b存在大气层

过去的理论认为，这类极度靠近恒星的小行星在强烈辐射下，最终会失去所有气体，变成一颗裸露的岩石。为验证此点，研究人员利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的近红外光谱仪（NIRSpec），测量行星TOI-561 b向阳面的红外线亮度，以推算表面温度。

此观测方法利用了“次食现象”（secondary eclipse）推测，该现象指行星运行到恒星背后时，系统整体亮度会出现微幅下降。如果TOI-561 b只是一个没有大气层的裸露岩石行星，恒星辐射热量将无法正常传递到背光面，使向阳面的预测温度超过2,700°C。

结果显示，TOI-561 b的向阳面的温度只有1,800°C。这种显着的温差，表明热量可能被有效分配。研究团队认为，该星球上方很可能覆盖着一层具有挥发性的厚厚大气体层，这些气体不仅调节了温度，也使行星的外观半径比实际的岩石本体大得多。

目前，他们正在详细分析完整的资料集，以绘制整颗行星温度的变化图，并更精确地确定其大气层的组成。

对此，共同作者、伯明翰大学的安贾莉·皮埃特（Anjali A. A. Piette）博士解释：“我们需要一个富含挥发性物质的厚大气层，去解释所有观测结果。星球上的强风会将热量输送到背光面，从而冷却向阳面。”

皮埃特博士接着说，“水蒸气等气体会吸收地表发出的部分近红外光，使其无法穿透大气层被望远镜侦测到。因此，这颗行星看起来比预期的会更冷。此外，它也有可能存在明亮的硅酸盐云，它通过反射星光来冷却大气层。”

虽然韦伯望远镜的测量结果有力的支持了大气层的存在，但也带来了一个重要的谜题，就是一颗相对较小的行星，如何在受到强烈的辐射照射下，仍保持如此浓厚的大气层？该问题将是团队未来的主要研究目标之一。

论文合著者、荷兰格罗宁根大学的蒂姆·利希滕贝格（Tim Lichtenberg）总结道，“我们认为，TOI-561 b的岩浆海洋与大气层之间存在一种平衡。气体从行星表面逸出补充大气层，岩浆海洋又将它们吸回行星内部进行循环。我们推测这颗行星就像‘湿漉漉的熔岩球’，含有的挥发性物质可能比地球还要多。”