詹姆斯韋伯望遠鏡探測到系外行星 WASP-43 b 上每小時 8,000 公里的風速和極端高溫

詹姆斯韋伯太空望遠鏡記錄了有關係外行星 WASP-43 b 大氣層的前所未有的數據，這是一顆距離地球 280 光年的氣態巨行星。觀測發現赤道風速達到 8,000 公里/小時，且天體半球之間存在極端的熱變化。這顆行星的尺寸與木星相當，繞主恆星的距離比水星與太陽的距離短。

與恆星的接近使得這顆系外行星在 19.5 小時內完成了整個平移。這種軌道配置會產生潮汐鎖定，使一側永久照亮，而另一側持續黑暗。美國太空總署協調了紅外線數據的分析，結果顯示夜間存在濃密的雲層，並且水蒸氣分佈在整個大氣層中。

氣態巨行星的熱動力學和同步旋轉

此天體屬於熱木星範疇。這些巨大的氣態系外行星的軌道非常靠近它們的恆星，並受到高水準的輻射。 WASP-43 b 的同步旋轉可以防止出現地球上記錄的晝夜循環。一個半球不間斷地接收星光。對面仍處於黑暗之中。

熱測量顯示地球兩半之間存在明顯差異。白天半球的溫度接近 1,250°C。這種程度的熱量使得鐵可以在大氣表面鍛造。夜晚的一面相對涼爽，溫度計顯示在 600°C 左右。

溫度不對稱直接影響全球大氣結構。詹姆斯·韋伯（James Webb）發現，被照亮的一側強烈反射紅外線輻射，在感測器上呈現出明亮的外觀。暗面因氣象屏障的形成而保留著不同的特徵。區域之間的熱差驅動氣體在行星範圍內的移動。

MIRI 儀器捕捉紅外光的變化

科學家使用望遠鏡附帶的中紅外線儀器（MIRI）來進行測繪。該設備在中紅外光捕獲下運行，這是記錄深空熱排放的理想範圍。團隊對系外行星不只一個完整軌道的恆星系統進行了監測。

280光年的距離以及主星造成的眩光使得無法直接捕捉到WASP-43 b的影像。研究人員應用相位曲線技術來克服此技術限制。此方法包括測量行星繞恆星旋轉時系統總亮度的變化。

當 WASP-43 b 的熱半球面向鏡頭時，望遠鏡捕捉的亮度增加。當夜間面處於正面位置時，紅外線發射量成比例下降。連續讀取這些振盪會產生大氣的三維熱圖。

數據收集在特定波長下進行，範圍在 5 到 12 微米之間。此觀察窗提供有關氣體化學成分和溫度的精確詳細資訊。此方法過程涉及嚴格的校準步驟：

• 連續監測恆星系統發出的紅外線輻射。
• 記錄 19.5 小時平移過程中亮度的下降和峰值。
• 行星反射光的隔離度與恆星亮度的關係。
• 透過透射光譜法識別化學特徵。

這些技術的共同應用可以識別大氣中的特定元素。水蒸氣清晰地出現在分析的光譜中，作為追蹤雲形成高度的標記。

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沒有甲烷和高速赤道風

對夜間半球的分析揭示了紅外線讀數中相當黑暗的區域。數據顯示高空存在厚厚的雲層。這種氣象形態阻擋了來自大氣底層的熱輻射。這種現象解釋了 MIRI 儀器偵測到的熱發射下降。

由於能量傳輸系統，黑暗面不會達到絕對凍結。超音速風將過熱的空氣從白天半球移動到夜間區域。這些氣流的速度在赤道地區達到8000公里/小時。恆定的流動阻止了行星兩側的隔熱。

大氣的化學成分提供了風速的明確證據。理論模型表明，在溫度降至 600°C 的夜晚，甲烷應該會大量形成。詹姆斯·韋伯在觀測中沒有檢測到大量這種氣體。

甲烷的缺乏是因為大氣循環極快地混合氣體。來自白天的富含一氧化碳的熱空氣高速侵入暗半球。在風將氣團拖回照明區域之前，化學反應沒有足夠的時間將碳轉化為甲烷。動力學證明了 WASP-43 b 的氣候強度。

觀測對繪製新世界的影響

經過哈伯和史匹哲望遠鏡的初步觀測，系外行星 WASP-43 b 已被納入天文目錄。先前的設備已經證實了該天體的存在，並提供了其軌道的基本估計。詹姆斯·韋伯參與這項研究將太空探索中的數據分辨率提高到了前所未有的水平。

高精度分離星光和行星發射的能力驗證了現代天文學中使用的數學模型。研究人員現在可以預測複雜大氣的行為，而無需物理探測器。對靠近恆星的氣態巨行星的研究可以作為改進探測工具的實驗室。

WASP-43 b 分析期間完善的技術將應用於尋找較小的岩石行星。識別水分子和測量數萬億公里外目標的風證明了目前儀器的靈敏度。太陽系中沒有任何行星具有類似的氣候特徵。

極端高溫、潮汐鎖定、超音速風和不透明雲的結合創造了獨特的大氣環境。氫和氦主導著空氣的成分，而恆星輻射則決定了全球風暴的節奏。系外行星的連續測繪擴展了行星系統形成和演化的資料庫。