JWST绘制了700光年外一颗热气体巨行星的天气图

# JWST 绘制 700 光年外炽热气态巨行星的天气图 来源：https://arstechnica.com/science/2026/05/jwst-maps-the-weather-on-a-hot-gas-giant-700-light-years-away/ 多云，偶有极端高温 这里观测到的差异可能正在影响我们研究行星大气的方式。 WASP-94A b 是一颗炽热、潮汐锁定的气态巨行星，其轨道紧贴着双星系统中一颗恒星，距离地球约 690 光年。在一项新的《科学》研究中，由约翰霍普金斯大学天体物理学家 Sagnick Mukherjee 领导的科学家团队利用詹姆斯·韦伯空间望远镜，弄清了那里的天气状况。 潮汐锁定意味着，行星昼侧与夜侧的温度差异不再随行星自转扫过整个星球。"我们想了解这类行星的大气，"Mukherjee 说，"它们是静止的还是动态的？有风吗？有云吗？"他的团队发现，在 WASP-94A b 上，早晨多云，但傍晚天空晴朗。而我们此前对此一无所知，这意味着我们可能对这颗以及其他许多系外行星的化学组成做出了令人惊讶的错误判断。 ## 平均化的大气 WASP-94A b 的质量略低于木星的一半，但直径却比木星宽 70% 以上。"这意味着这颗行星密度低，其大气延伸至更远的太空，从而使观测变得更容易，"Mukherjee 解释道。天文学家通常通过透射光谱学来研究这类大气。通过分析行星凌星时穿过其大气的星光光谱，可以推断其化学成分。 这种方法的问题在于，透过行星整个轮廓圆周过滤的光线被平均化了，就好像它的大气是一个均匀的气体球。对于潮汐锁定的行星来说，这是一个巨大的简化。 在潮汐锁定的世界上，昼夜两侧之间存在巨大的温差，这通常会导致昼侧与夜侧大气密度的差异。这些差异，加上行星缓慢自转产生的科里奥利效应，会引发一种称为赤道超旋转的现象。即赤道上的风向东风方向吹，速度比行星自转还快。环流模型预测，这正是在 WASP-94A b 上发生的情况。 行星盘面的前缘，称为晨侧临边，是该区域当地大气从较冷的夜侧旋转进入炎热的昼侧。而暮侧临边（后缘）则是加热后的白天气体转入暗面。为了捕捉这一过程，Mukherjee 及其同事采用了一种称为临边分辨光谱学的技术。 ## 分割凌星过程 由于行星在凌星开始和结束时需要一点时间才能完全越过恒星边缘，望远镜会看到前缘的晨侧临边比后缘的暮侧临边稍早遮挡星光。利用 JWST 的近红外成像仪和无缝摄谱仪 (NIRISS)，团队测量了 WASP-94A b 凌星时的光变曲线，并将信号拆分。这样，他们成功提取了这颗系外行星的两组独立的化学透射光谱：一组对应晨侧，一组对应暮侧。两者差异相当大。 晨侧临边的光谱只是一条倾斜的线，在较短波长处上升，表明高层气溶胶阻挡了来自大气更深处的光线。"你会看到大量尘埃和云粒子存在于非常高的高度，"Mukherjee 说。"深入下去，云层很可能消散，你可能会找到水蒸气这类气体。" 在暮侧临边，光谱没有显示气溶胶的实质性证据，却出现了气态水蒸气的尖峰。"这将是一番不同的景象：你在下行过程中不会遇到很多云，你看到的只是气体——主要是水蒸气，以及可能还有二氧化碳等其他气体，"Mukherjee 推测。 通过将 JWST 数据输入计算机模型，团队还预测了 WASP-94 b 上的天气引擎是如何运动的。 ## 赤道风 WASP-94A b 的平均温度超过 1500 开尔文，Mukherjee 团队确认暮侧临边比晨侧临边高出约 450 开尔文——高到足以蒸发铁或硅酸镁等潜在的气溶胶材料。这个温差决定了该行星的天气动力学。 在永久的夜侧，由于温度较低，大气中的气体冷凝成液滴，形成云。"这些云粒子随后被赤道风拖向晨侧，"Mukherjee 说。当云被推入昼侧的高温区域时，大部分液滴蒸发。当风再次到达暮侧临边时，云几乎完全消散，天空变得晴朗。 基于这种昼侧/夜侧气溶胶分布，团队确定 WASP-94 b 拥有真正的云，而非霾。后者本质上是强烈的辐射将分子分解后产生的光化学烟雾。由于霾是由紫外线产生的，它们应该优先出现在行星的永昼侧。然后全球急流会将它们吹向暮侧临边，使日落时分多霾，而早晨相对晴朗——这与数据中显示的情况正好相反。 团队甚至还计算出大气是如何将云层保持在高空的。显然，赤道风足够强劲，能将沉重的矿物液滴以比重力将它们拉下的速度更快地推过夜侧。 最后，研究人员进行了一项实验：他们拿精确的 JWST 数据，在不分割成两部分以分辨临边的情况下重新分析。"这对我们理解这颗行星的组成产生了巨大影响，"Mukherjee 说。当研究人员用传统模型将大气平均化时，得到的结果对整个系外行星科学来说有点令人担忧。 ## 有偏差的组成 由于晨侧的厚云稀释了暮侧清晰的水蒸气信号，单一球体模型得出的结论是，这颗行星的金属丰度（比氢和氦重的元素丰度）高得可疑。"通过分辨临边，我们得到这颗行星的氧丰度比太阳高3到5倍，"Mukherjee 解释道。而当团队对光谱进行平均化时，氧丰度显示为大约100倍。 他认为，这种成分估算的偏差很可能影响其他潮汐锁定的系外行星，包括比 WASP-94A b 更小的亚海王星和超级地球。不过目前，即使使用 JWST，我们也还无法分辨这些更小行星上的晨暮不对称性。但团队认为，在得出结论说我们需要更大的望远镜之前，还有很多工作可以做。 "我们需要更努力地思考如何减轻这种偏差，"Mukherjee 说。他建议，答案可能在于弄清楚如何根据现有仪器获得的数据，在更小的行星上分离晨侧和暮侧临边。"即使我们没有这类测量数据，我们也可以考虑如何改进我们的理论模型，以便即使只有行星的平均光谱，也能减轻这种偏差，"Mukherjee 断言。 *科学*，2026。DOI:10.1126/science.adx5903 (http://dx.doi.org/10.1126/science.adx5903) Jacek Krywko 照片 (https://arstechnica.com/author/jacek_krywko/) Jacek Krywko 是一位自由科学和技术作家，报道太空探索、人工智能研究、计算机科学以及各种工程奇迹。 10 条评论 (https://arstechnica.com/science/2026/05/jwst-maps-the-weather-on-a-hot-gas-giant-700-light-years-away/#comments) 1. "Most Read" 中第一篇文章的列表图：以财政秘密著称的 SpaceX 首次公开账目 (https://arstechnica.com/space/2026/05/spacex-submits-detailed-financial-filing-ahead-of-going-public-in-june/)