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168.5M · 2025-11-04
alixixi 11 月 4 日消息，天文学家首次绘制出太阳系外行星的大气三维结构图，揭示了这颗名为 WASP-18b 的“超热木星”不同区域的温度差异 —— 其中某些区域的高温甚至足以使水分子解离。
这项研究由马里兰大学（University of Maryland）与康奈尔大学（Cornell University）联合主导，使用了 NASA 詹姆斯・韦布空间望远镜（JWST）的观测数据。
研究团队首次采用一种称为 3D eclipse mapping 或 spectroscopic eclipse mapping 的测绘方法，对行星进行经纬度与高度维度的全面成像。他们此前曾于 2023 年基于同一数据绘制出二维版本。
马里兰大学天文学助理教授梅根・韦纳・曼斯菲尔德（Megan Weiner Mansfield）表示：“这项技术是目前唯一能同时探测行星纬度、经度和高度的手段，使我们能够以前所未有的细节水平研究这些天体。”
康奈尔大学天文学系博士后瑞安・查勒纳（Ryan Challener）补充说：“这项技术让我们能为无法直接观测的系外行星成像，因为它们的母星亮度过高。借助韦布望远镜和这一新方法，我们终于能像研究太阳系行星那样理解这些遥远世界。”
WASP-18b 距离地球约 400 光年，质量约为木星的 10 倍，公转周期仅 23 小时，表面温度接近 5000 华氏度（约 2760 摄氏度），是一颗典型的“超热木星”。由于其高温高亮特性，成为理想的观测目标。
在最新研究中，团队利用韦布望远镜的近红外成像与无缝光谱仪（NIRISS）多波段数据重新分析了该行星的光变信息。不同波长的光能穿透到大气的不同深度，反映出各层的温度与高度差异。通过叠加这些多层数据，研究人员构建出详细的三维温度分布图。
查勒纳解释道：“当使用水分子吸收的波长成像时，可以看到大气中水的分布层；而使用水不吸收的波长，则能探测更深层结构。将两者结合，我们就能获得完整的三维温度图。”
研究发现，这颗行星由于潮汐锁定，始终以同一面朝向恒星，其白昼面温度分布极不均匀。最中心的区域形成了一个高温热点，环绕其周围的是相对较冷的环状地带。气流似乎过于微弱，无法有效扩散热量。
光谱数据显示，热点区域内的水汽含量显著低于整体平均值。曼斯菲尔德指出：“我们曾在多个行星群体中观察到这种趋势 —— 较冷的行星拥有更多水，而更热的行星则严重缺水。但这是第一次在同一颗行星上清晰地看到这种差异：较冷区域仍保有水汽，而较热区域的水被高温分解。这一现象早已被理论预测，但如今我们首次在观测中得以证实。”
研究团队表示，未来进一步的韦布望远镜观测将有助于提高三维测绘的空间分辨率。曼斯菲尔德计划将该技术应用到更多“热木星”上，这类行星在已确认的 6000 多颗系外行星中足足有数百颗。
她还希望尝试用于更小型、类似地球的岩质行星研究。“能够以如此高的精度绘制另一颗行星的温度分布，令人非常兴奋。未来我们甚至可以在无大气的行星上应用这项技术，通过测绘其表面温度来推测组成成分。虽然 WASP-18b 的结果较为可预测，但我相信我们将有机会看到许多此前无法想象的现象。”
相关研究成果已于 10 月 28 日发表在《自然・天文学》上。alixixi附论文地址：https://doi.org/10.1038/s41550-025-02666-9
