豆米
65.98 MB · 2025-12-15
12 月 14 日消息，借助 NASA 詹姆斯・韦布太空望远镜，卡内基科学研究所主导的科研团队探测到了迄今为止最清晰、最有力的证据，表明太阳系外一颗超热的“超级地球”存在大气层。
这也是韦布望远镜“通用观测者计划 3860”的首批成果，该计划在 TOI-561 b 近乎完成围绕恒星的四整圈轨道时，对系统进行了超过 37 小时的连续观测。团队目前正在分析完整数据集，以绘制整个行星的温度分布图并缩小大气成分的范围。
这一研究结果挑战了长期以来关于小型、超热行星如何演化的假设，为人类理解极端行星世界迈出了重要一步。
TOI-561 b 是一颗古老且异常炽热的“超级地球”，其半径约为地球的 1.4 倍，质量约为地球的两倍。不过，其轨道极其靠近恒星，距离仅为水星与太阳距离的四十分之一。在这个世界中，“一年”仅有 10.56 小时，其一面永远处于白昼之中。
天文学家之前认定，如此小而热的行星在形成后不久便会失去其大气层。该研究的第二作者妮可・沃拉克表示，“根据我们对其他行星系统的了解，天文学家原本会预测，像这样的行星太小、太热，无法在形成后长期保留自己的大气层。”她补充道，这些观测结果“颠覆了关于超短周期行星的传统认知。”
尽管其宿主恒星年龄远大于太阳，但这颗行星的大气层似乎完整无缺。大气层的存在或许也能解释 TOI-561 b 的低密度。它的密度低于类地行星，尽管并非所谓的“超级膨胀行星”。
主要作者约翰娜・特斯克解释了这一区别。“它并非我们所说的超级膨胀行星…… 但它的密度低于你对其具有类地组成成分的预期，”她说。
特斯克和团队曾考虑，这颗行星的低密度是否可能源于较小的铁核和较轻的地幔岩石。这一观点与该恒星的性质相符。
“TOI-561 b 在超短周期行星中非常独特，它围绕一颗非常古老…… 贫铁的恒星运行，”特斯克说。她指出，这颗行星很可能形成于与太阳系行星不同的化学环境中，这使其成为窥探宇宙早期行星形成的一个潜在窗口。
但仅凭内部结构无法完全解释观测结果。团队怀疑是一层浓厚的大气层使得行星看起来更大、密度更低。为验证这一假设，研究人员利用韦布望远镜的近红外光谱仪（NIRSpec），在行星发生二次凌日时测量其白昼侧温度。如果是裸露的岩石，其温度将接近 4900 华氏度。然而，观测显示其日侧温度更接近 3200 华氏度，明显低于预期。
研究人员探讨了几种可能情景。岩浆海或许能转移部分热量，一层薄的岩石蒸气也可能起到作用，但这些机制都不足以解释观测到的降温幅度。
最终，团队得出一致结论，只有一层富含挥发性物质的厚重大气层，才能同时解释所有数据。来自英国伯明翰大学的共同作者安贾莉・皮埃特（Anjali Piette）表示：“强烈的风可以将热量从白昼侧输送到夜晚侧，从而降低白昼侧温度。像水汽这样的气体还会吸收部分近红外辐射，使得望远镜探测到的亮度降低。此外，也不排除存在明亮的硅酸盐云层，通过反射恒星光来冷却大气。”
尽管韦布望远镜的观测为大气存在提供了有力证据，但科学家仍不清楚，这样一颗长期暴露在强烈恒星辐射下的小型行星，如何能够维持如此厚重的大气层。
某些气体必然在逃逸，但某种平衡可能使大气层保持稳定。合著者蒂姆・利希滕贝格描述称：“在气体从行星内部逸出补充大气的同时，岩浆海正将它们吸回内部，”他说，“这颗行星必须比地球富含挥发物得多才能解释这些观测结果。它就像一个湿润的熔岩球。”
相关研究成果已于 12 月 11 日发表在《天体物理学杂志通讯》上。附论文地址：
