天文学家瞥见一颗独特膨胀且不对称的系外行星

包括亚利桑那大学天文学家在内的国际研究小组利用美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜观测了一颗炽热且独特膨胀的系外行星的大气层。这颗系外行星的大小与木星相当，但质量只有木星的十分之一，其大气层具有东西不对称性，这意味着其大气层的两个边缘之间存在显著差异。

阿尔伯塔大学斯图尔德天文台研究生、这项研究的主要作者马修·墨菲说：“这是第一次从太空观测到系外行星在凌日时东西不对称的现象。”凌日是指行星从恒星前方经过——就像日食期间的月亮一样。

“我认为从太空进行的观测与从地面进行的观测相比有很多不同的优势，”墨菲说。

系外行星的东西不对称是指行星东半球和西半球观测到的大气特征(如温度或云层特性)的差异。确定这种不对称是否存在对于了解系外行星(存在于太阳系以外的行星)的气候、大气动力学和天气模式至关重要。

系外行星 WASP-107b 被其恒星潮汐锁定。这意味着这颗系外行星始终朝着其所绕行的恒星。这颗被潮汐锁定的系外行星的一个半球永远面向其所绕行的恒星，而另一个半球则始终背对恒星，从而导致这颗系外行星的一面永远是白天，另一面永远是夜晚。

墨菲和他的团队利用詹姆斯·韦伯太空望远镜的透射光谱技术。墨菲说，这是天文学家用来了解其他行星大气成分的主要工具。当行星经过其主恒星前方时，望远镜拍摄了一系列快照，编码了有关行星大气的信息。

利用新技术和詹姆斯韦伯太空望远镜前所未有的精度，研究人员能够分离来自大气层东侧和西侧的信号，并更有针对性地观察系外行星大气层中发生的具体过程。

“这些快照告诉我们很多有关该系外行星大气层中的气体、云层、大气结构、化学成分以及一切在接收不同数量的阳光时如何变化的信息，”墨菲说。

系外行星 WASP-107b 的独特之处在于它的密度非常低，重力也相对较低，因此其大气层比同等质量的其他系外行星更加膨胀。

“在我们自己的太阳系中没有类似的东西。它是独一无二的，即使在系外行星中也是如此，”墨菲说。

WASP-107b 的温度大约为 890 华氏度，这一温度介于我们太阳系行星和已知最热系外行星之间。

“传统上，我们的观测技术对这些中等行星不太适用，因此有很多令人兴奋的未解问题我们终于可以开始解答了，”墨菲说。“例如，我们的一些模型告诉我们，像 WASP-107b 这样的行星根本不应该有这种不对称性——所以我们已经学到了一些新东西。”

这项研究的共同作者、威斯康星大学麦迪逊分校天文学助理教授托马斯·比蒂说，研究人员对系外行星的观察已有近二十年，来自地面和太空的许多观测帮助天文学家猜测了系外行星的大气层是什么样的。

“但这确实是我们第一次以太空透射光谱的形式直接看到这些类型的不对称现象，这是我们了解系外行星大气组成的主要方式——这确实令人惊奇，”比蒂说。

墨菲和他的团队一直在研究他们收集到的观测数据，并计划更详细地观察这颗系外行星的状况，包括进行额外的观测，以了解导致这种不对称的原因。

“对于几乎所有系外行星，我们甚至无法直接观察它们，更不用说知道它们两侧的情况了，”墨菲说。“这是我们第一次能够更加局部地观察系外行星大气层的情况。”