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一项利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）数据的新研究帮助科学家们进一步了解了遥远行星WASP-121b的形成过程。这项研究由天文学家托马斯·埃文斯-索玛和西里尔·加普领导，重点研究了该行星大气中的关键分子，以更好地了解其历史及其在太空中的运动。
WASP-121b是一颗温度极高的气态巨行星，它被锁定在一条紧密环绕其恒星的轨道上——如此近的距离，以至于它只需30.5小时就能完成一次完整的公转。这颗行星的一侧始终面向恒星，温度超过3000摄氏度；而另一侧则永远处于黑暗之中，温度约为1500摄氏度。
利用詹姆斯·韦伯太空望远镜的近红外光谱仪 (NIRSpec)，研究团队探测到了水蒸气 (H₂O)、一氧化碳 (CO)、一氧化硅 (SiO) 和甲烷 (CH₄)。这些信号非常强；水的显著性值在 5.5–13.5σ 处被发现，一氧化碳的显著性值在 10.8–12.8σ 处被发现，二氧化硅的显著性值在 5.7–6.2σ 处被发现，而背侧的甲烷的显著性值在 3.1–5.1σ 处被发现。
有趣的是，研究人员发现了难熔元素（通常在高温下保持固态的物质，例如硅、铁和镁）和挥发性物质（例如水和甲烷）。通常，由于它们的信号出现在光谱的不同部分，很难一次性检测到它们。埃文斯-索玛解释说：“日照面的温度足够高，难熔物质——通常是耐高温的固体化合物——可以作为行星大气的气态成分存在。”
这幅艺术概念图展示了WASP-121b如何绕其主恒星运行。
通过将探测到的元素与行星母恒星的成分进行比较，研究团队发现该行星的碳、氧和硅含量高于预期。这些高于恒星的数值——被称为超恒星丰度——表明该行星是通过聚集富含气体的卵石和岩石行星而形成的。Gapp表示：“气态物质比液态和固态物质更容易识别。由于许多化合物都以气态形式存在，天文学家将WASP-121b用作天然实验室，以探测行星大气的特性。”
这颗行星可能形成于其原始气尘盘较冷的区域——距离足够远，足以让水保持冰冻状态，但又足够温暖，足以让甲烷变成气体。这种环境类似于我们太阳系中木星和天王星之间的区域。后来，这颗行星很可能更靠近其恒星。
另一个令人惊讶的发现是背阴面的甲烷。根据已知模型，甲烷不应该大量存在，因为来自炎热背阴面的空气应该会迅速与较冷的背阴面混合，并分解甲烷。但埃文斯-索玛表示：“这挑战了系外行星动力学模型，这些模型可能需要进行调整，才能重现我们在WASP-121b背阴面发现的强烈垂直混合现象。”
甲烷一定是被强劲的垂直风从大气层深处吹上来的。由于温度较低且碳氧比较高，这些低层大气富含甲烷。
该团队收集了该行星整个轨道以及其经过恒星前方时的数据。在凌日期间，一些星光穿过了行星稀薄的外层大气，帮助科学家们确定了行星的化学成分。加普解释说：“新出现的透射光谱证实了根据排放数据探测到的一氧化硅、一氧化碳和水。然而，我们在昼夜过渡区没有发现甲烷。”
来源：马克斯·普朗克天文研究所、《自然》
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