詹姆斯·韦伯发现巨大系外行星上昼夜大气差异

研究人员利用詹姆斯·韦伯太空望远镜的数据观察了系外行星上的云循环。这项研究发表在 5 月 21 日的《科学》杂志上，分析了位于 Microscopium 星座中距地球约 700 光年的 WASP-94A b 行星，并揭示了其大气层在白天和夜间如何发生巨大变化。

观察显示地球两侧存在惊人的二分法。硅酸镁云（岩石中发现的矿物化合物）在早晨形成，但在黄昏时完全消失，此时温度超过 1,000 摄氏度。

在气态巨行星中发现大气循环

WASP-94A b 由于其尺寸和高温而被归类为“热木星”。这些行星的轨道距离它们的恒星非常近——比水星到太阳的距离还要近——使它们成为研究极端大气中云动力学的理想实验室。

研究人员利用 JWST 追踪了这颗行星从其恒星前方经过的情况。望远镜可以在凌日过程中分别观察行星的两个边缘：空气离开夜晚一侧流向照明一侧（黎明）的区域和相反的区域，气流从白天流向夜晚（黄昏）。

早晨地区充满了硅酸镁云，而傍晚地区则完全晴朗的天空。约翰·霍普金斯大学地球与行星科学系彭博杰出教授戴维·辛 (David Sing) 强调了这一发现的重要性：

• 之前的预期：仅是自然差异，例如早晨气温较低
• 真正的发现：双方之间真正的气候二分法
• 关键变化：云量的巨大差异完全改变了地球的景观

对大气现象的解释

研究人员提出了两种可能的机制来解释观察到的模式。第一个假设涉及极强的风，这些风将地球较冷一侧的云层吹起，并在到达温暖一侧时将它们推入大气层深处。第二种可能性与地球上晨雾的情况类似：云会在暗面形成，并在地球光照部分温度达到 1000 摄氏度以上时蒸发。

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辛将之前的大气分析过程比作通过有雾的窗户观察事物。现在，根据研究人员的说法，科学家们不仅可以澄清他们的愿景，还可以最终确定云的成分以及它们在地球上移动时如何凝结和蒸发。

行星组成回顾

JWST 的观察显示，WASP-94A b 的成分与之前想象的不同。先前的观测表明，氧和碳的浓度比木星上的浓度高数百倍。新数据显示，这颗行星的这些元素含量仅是太阳系气态巨行星的五倍。

这一发现代表了对之前对系外行星大气化学成分的估计的重大修正。詹姆斯·韦伯望远镜具有解析精细细节的能力，可以比以前的仪器更精确地描述 WASP-94A b 的大气层。

在其他气态巨行星中发现的模式

在使用 WASP-94A b 作为参考后，研究小组分析了其他八颗热气巨星，并在另外两颗行星上发现了相同的气候模式：WASP-39 b 和 WASP-17 b。这种现象的重复出现表明，具有类似动力学的云循环可能是靠近其主恒星运行的热木星的一个共同特征。

研究小组现在打算利用詹姆斯·韦伯望远镜的新项目来扩大研究范围，以调查不同类型系外行星上的云循环。事实证明，在行星凌日期间观测行星边缘的策略非常有效，并将应用于未来对系外行星大气的研究。