詹姆斯韋伯太空望遠鏡在 TOI-561 b 行星的岩漿海洋上探測到厚厚的大氣層

詹姆斯韋伯太空望遠鏡發現系外行星 TOI-561 b 周圍有厚厚的氣態層。這顆岩石天體繞著六分儀座中距地球約 280 光年的恆星運行。與中心恆星的極度接近使得行星在短短 10.56 小時內完成完整的自轉。

最近的測量顯示，地球白天的溫度接近 1,800°C。科學儀器記錄的數值明顯低於沒有大氣層保護的岩石世界預期的 2,700°C。數據表明，複雜的氣體動力學會在整個熔融表面重新分配極端熱量。

Webb detected the strongest evidence yet for an atmosphere on a rocky planet outside of our solar system! Findings suggest ultra-hot super-Earth TOI-561 b is surrounded by a thick blanket of gases above a global magma ocean. https://t.co/d6g3z4pnUr pic.twitter.com/2VdiyU8LMs

— NASA Webb Telescope (@NASAWebb) December 11, 2025

NIRSpec 儀器繪製了意想不到的熱動力學圖

天文分類將 TOI-561 b 定義為超熱超級地球。研究人員計算出的密度達到 4.3 克/立方厘米，對於與地球類似的純岩石成分來說，這個指數被認為很低。數字上的差異促使科學家研究行星系統二次日食期間紅外光的發射。

該觀測於 2024 年 5 月進行，使用了 NIRSpec 儀器的先進功能。技術團隊分析了 3 至 5 微米範圍內的發射光譜，即行星經過其主恆星後方的確切時刻。記錄證實，被照射面輻射的能量與暴露​​在直接恆星輻射下的裸露岩石的行為不符。

大氣層的存在充當了面向恆星表面的自然冷卻系統。全球風將一些強烈的熱量輸送到地球的夜間，形成與最初理論預測不同的熱平衡。這種現象解釋了在極端能量水平的環境中維持溫和溫度的原因。

恆星系統的物理和軌道特徵

對系外行星特性的詳細研究提供了其物理結構和軌道行為的概述。與古老恆星的持續相互作用塑造了表麵條件並定義了天體的類別。

• 這顆行星的半徑約為地球大小的 1.4 倍。
• 計算出的總質量大約相當於我們星球的兩倍。
• 主星已有100億年歷史，鐵含量較低。
• 超短軌道使一側永遠面向光線。
• 表面承受的輻射負荷是地球上的數十倍。

潮汐鎖定的配置確保地球的一半保持在持續融化的狀態。持續的熱量融化了地表岩石，形成了巨大的岩漿海洋，覆蓋了照明半球的大部分地區。這種液體材料的動力學在周圍環境的化學成分中扮演核心角色。

揮發循環挑戰大氣逃逸模型

發表在《天文物理學雜誌快報》上的研究提出了一種連續的氣體更新機制。不斷翻騰的全球岩漿海洋將揮發性元素和蒸發的岩石直接釋放到地表上方的太空中。這個地質儲庫為大氣層提供食物，並補償強恆星輻射造成的粒子損失。

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傳統的天文模型表明，軌道如此短的行星應該很快就會失去大氣層。恆星風的力量通常會掃走靠近太陽的天體上的任何氣體包層。然而，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡收集的證據表明，TOI-561 b 可以透過與沸騰岩漿的直接相互作用保留大量氣體。

該過程創建了一個閉合循環，其中材料從熔融表面蒸發，在大氣中循環並最終返回液態。富含揮發物的次生大氣的發現改變了人們對熔岩行星上氣體包層耐久性的理解。先前觀察到的低密度現在在這個厚層的存在下找到了可靠的解釋。

數據處理驗證科學發現

這次觀測活動需要持續監測超過37小時，涵蓋了這顆系外行星的近四個完整軌道。明亮物體時間序列模式與 G395H 高解析度網格結合使用，可捕捉微小的光度變化。設備的精確度使得在主恆星的耀眼亮度中分離出行星的熱特徵成為可能。

為了確保資訊的可靠性，科學家使用了兩個獨立的資料縮減系統，稱為尤里卡！和 ExoTiC JEDI。交叉檢查結果產生一致的光譜，確認有效溫度在 1,740°C 和 1,830°C 之間。視覺偽影的消除增強了對裸露岩石表面模型的拒絕，具有高度的統計置信度。

該系統的恆星屬於銀河系的厚盤，其化學成分富含α元素而缺乏金屬，與太陽有很大不同。形成的背景直接影響行星的獨特屬性。包括卡內基科學在內的研究機構繼續分析數據，以繪製整個軌道的變化圖並調查夜間狀況。

新太空天文台提供的技術進步使得在太陽係不存在的環境中測試地球物理理論成為可能。鑑於我們的星球也經歷了強烈的火山活動和部分融化的表面時期，與地球早期階段的比較變得更加強大。儘管這顆系外行星目前的條件不適合居住，使得任何已知的生命形式都不可行，但該天體卻充當著一個巨大的天然實驗室。

研究極端世界有助於完善行星演化標準，並了解內部過程（例如熔融地函中的對流）如何影響大氣層的長期維持。未來的觀測將尋求透過凌日期間的透射光譜來詳細了解氣體的確切成分。每個新資料集都鞏固了最先進儀器在探索敵對場景和擴展有關宇宙多樣性的知識方面的作用。