詹姆斯·韦布望远镜首次捕捉到岩质系外行星存在大气的强有力证据
英美科研团队近日利用美国宇航局詹姆斯·韦布空间望远镜，对一颗名为 TOI-561 b 的超热“超级地球”开展长时间观测，发现这颗岩质系外行星极有可能被致密大气层包裹，其下覆盖着全球性的岩浆洋，为“小行星难以保住大气”的传统认知提出了严峻挑战。 相关成果已于 2025 年 12 月 11 日发表在《天体物理学快报》上。
TOI-561 b 的半径约为地球的 1.4 倍，绕母恒星公转一周不到 11 小时，属于极少见的“超短周期系外行星”。 这颗行星围绕一颗略小且略冷于太阳的恒星运行，但轨道半径不足一百万英里，仅约为水星—太阳距离的四十分之一，长期受到强烈辐射轰击。 在如此近距离上，行星被认为处于潮汐锁定状态，一面永远面对恒星，其白昼面温度远高于普通岩石的熔点。
研究团队指出，TOI-561 b 的整体密度显著低于“类地组成”模型的预期，这是本次研究的关键出发点。 以第一作者、卡内基科学研究所地球与行星实验室研究员 Johanna Teske 为代表的科学家表示，仅靠较小的铁核或低密度地幔并不足以解释观测数据，行星周围存在一层富含挥发物的厚大气层，才是更合理的答案。 更为特别的是，这颗行星围绕一颗年龄约为太阳两倍、金属丰度较低、位于银河系厚盘区的古老恒星运行，其化学环境与太阳系行星形成时大不相同，可能代表宇宙早期形成行星的一类典型样本。
为了验证大气假说，团队利用韦布望远镜的近红外光谱仪 NIRSpec，对这颗行星在公转轨道中“从恒星背后掠过”时的系统亮度变化进行精密测量，从而推算其白昼面的辐射温度。 如果 TOI-561 b 完全是一块“裸露岩石”，没有大气把热量输送到夜面，其白昼面温度应接近约 4900 华氏度（约 2700 摄氏度），但实际测得的温度约为 3200 华氏度（约 1800 摄氏度），明显低于无大气情形的理论预期。 研究团队尝试用岩浆洋内部对流或表层岩石蒸汽薄层来解释，但仅靠这些机制无法产生如此明显的降温效应。
参与研究的伯明翰大学等机构学者指出，要同时解释密度偏低和白昼面“异常偏冷”这两点，就需要一层较厚的、富含挥发性物质的大气存在。 模型显示，水蒸气等气体可以吸收来自岩浆表面的部分近红外辐射，使望远镜探测到的辐射温度偏低；同时，强烈的大气环流可将热量高效输送到夜面，进一步拉低白昼面的温度。 研究人员还认为，明亮的硅酸盐云层反射恒星光，也可能为大气降温贡献一部分作用。
尽管目前的证据倾向于支持“厚大气+岩浆洋”的图景，但一个棘手问题随之而来：如此靠近恒星、饱受强烈辐射的小型行星，如何在数十亿年间保住大量大气物质？ 荷兰格罗宁根大学的 Tim Lichtenberg 指出，行星内部的岩浆洋与大气之间可能存在一种微妙的“挥发分平衡”，一方面气体不断从深部释放补给大气，另一方面大气中的挥发物又持续被岩浆“溶解”回内部，使系统维持动态稳态。 研究团队形象地将 TOI-561 b 描述为一个“极其富含挥发物的湿润熔岩球”。
本次成果来自韦布望远镜常规观测项目 3860，对该行星系统连续观测超过 37 小时，期间 TOI-561 b 完成了近四个轨道周期。 科学家们正在对完整数据集进行进一步分析，希望绘制出这颗行星由昼到夜的温度分布，并在未来更精确地推断其大气成分。 这一研究不仅为岩质系外行星是否能够维持大气提供了关键线索，也为理解早期宇宙中行星的形成与演化打开了新的窗口。
编译自/ScitechDaily
