韦伯望远镜的新发现：外星世界上的神秘尘埃云

这幅艺术家的概念图展示了炙热的气体巨型系外行星WASP-43 b的模样。WASP-43 b是一颗木星大小的行星，环绕着大约280光年外的一颗恒星，位于六分仪座。这颗行星的轨道距离约为 130 万英里（0.014 个天文单位，或 AU），大约 19.5 个小时就能绕行一圈。由于离恒星如此之近，WASP-43 b 很可能被潮汐锁定：它的自转速率和轨道周期相同，因此始终有一面朝向恒星。

根据该行星发出的 5 至 12 微米中红外光量进行的温度测量显示，其夜面可能被厚厚的高云覆盖。光谱测量表明，日侧和夜侧都存在水蒸气。但由于温度太高，液态水无法存在，云层可能是由微小的矿物颗粒而不是水滴组成的。夜侧令人惊讶地缺少甲烷，这表明强劲的东风正在混合地球周围的大气气体。这幅插图基于韦伯中红外仪器（MIRI）收集的新数据，以及包括哈勃和斯皮策在内的其他地基和天基望远镜之前的观测数据。韦伯还没有捕捉到该行星的任何图像。资料来源：NASA、ESA、CSA、Ralf Crawford（STScI）

科学家们利用詹姆斯-韦伯望远镜对WASP-43b进行了研究，发现了高空云层以及日夜两侧的巨大温差。他们的发现为了解这颗行星的极端气候和大气动力学提供了启示。

纽约大学阿布扎比分校的科学家研究员Jasmina Blecic与天体物理学和空间科学中心（CASS）的Ian Dobbs-Dixon副教授以及詹姆斯-韦伯太空望远镜凌日系外行星早期释放科学（JTEC-ERS）团队一起，利用美国宇航局的詹姆斯-韦伯望远镜揭示了一颗巨型系外行星大气层的新细节，这颗行星的大小与木星相似。其中包括对该行星尘埃云的突破性观测。

在最近发表在《自然-天文学》上的一项研究中，研究人员详细介绍了他们是如何测试韦伯中红外仪器（MIRI）的无与伦比的能力，并观测WASP-43b（一颗巨大的、充满气体的系外行星）的整个轨道的。这些"相位曲线"观测是在韦伯的就职年进行的，它们揭示了整个行星的温度分布，并揭示了行星的气候。研究人员发现，这颗行星的夜间云层很厚，而且令人惊讶地缺少甲烷，整个大气层中的水无处不在。这是首次推断出行星夜间有云；与在地球上观测到的典型云层相比，在行星大气中发现的云层高度要高得多。

行星特征和轨道

WASP-43b的大小和质量与木星相当，但它的行星特征却与木星大相径庭。它的宿主恒星 WASP-43A 比我们的太阳更冷更红，距离地球约 86 光年。WASP-43b 的轨道与其恒星非常接近，因此一年只持续 19.5 个小时。由于距离太近，这颗行星的自转与轨道同步，一侧始终朝向恒星，这与我们观测到的月球潮汐锁定现象类似。因此，行星的一半（日面）长期被照亮，温度很高，而另一半（夜面）则长期被阴影笼罩，温度低得多。

Blecic说："我们在这颗行星围绕恒星运行时使用红外光谱仪对其进行了观测，这样我们就可以研究其大气层不同区域发出的光。这使我们能够区分白天和夜晚的温度，并识别云层和各种分子的存在。不同的化学物质会吸收不同波长的红外线。将这一事实与对整个轨道的观测结合起来，我们就能够对整个大气层的化学成分、云层覆盖和热量再分布进行约束，并得出有关该行星气候的结论。"

研究小组发现，WASP-43b长期被光照的日侧温度高达2285华氏度（1250摄氏度），而行星的夜侧虽然长期被阴影笼罩，但温度仍然很高，为1115华氏度（600摄氏度）。

极端气候和大气动力学

多布斯-迪克森是研究三维大气模型和系外行星大气热量再分布的专家，他说："由于行星的夜面没有阳光直射，导致昼夜温差极大，从而形成了异常强烈的风。地球上的风也是由于温度的变化以类似的方式形成的，而 WASP-43b 与其宿主恒星的距离很近，这就造成了更极端的温度差异。这就产生了时速数千公里的风，远远超过了地球上的风速，这对于热量的分布和行星整体气候的形成至关重要"。

此外，将这颗行星的温度图与复杂的三维大气模型进行比较后发现，这种温度对比比预期的无云大气更强烈。这表明，这颗行星的夜面笼罩在一层厚厚的云层中，阻挡了大部分本来可以观测到的红外辐射。与地球上的水云不同，这颗极热行星上的云层类似于尘埃，由岩石和矿物质组成。

令人惊讶的是，尽管有这么厚的云层，JTEC-ERS 小组还是在地球的夜间探测到了清晰的水信号。这使他们首次确定了云层的高度和厚度，揭示了与地球云层相比它们不同寻常的高度和密度。研究人员还探测到风驱动的混合，即所谓的"化学失衡"，它能迅速地将气体输送到整个行星的大气层中，并产生均匀的大气化学成分。

编译自/ScitechDaily