气态巨行星上居然有水冰云？

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翻译：王婧彧

校对：申振宇 刘海牧

审阅：李宜骅

美编：李鸣晨

后台：李子琦

原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2026/04/260422044618.htm

天文学家刚刚在一颗遥远的类木行星上发现了出乎意料的冰云——这正在重塑我们研究外星世界的方式。图片来源：Shutterstock

天文学家在一颗遥远的气态巨行星上发现了令人惊讶的现象：水冰云。这一发现由马克斯·普朗克天文研究所（MPIA）伊丽莎白·马修斯领导的团队完成，它挑战了许多关于系外行星大气行为的现有模型。这颗被称为Epsilon Indi Ab的行星类似于木星，但其大气比预期更加复杂。本研究所采用的观测方法也标志着朝着长期目标——寻找和研究类地行星——迈出了重要一步。

对太阳系外行星的探索已经持续了数十年。科学家最终希望能够在遥远的世界上探测到生命迹象，这可能在未来几十年内实现。早期的努力（从1995年至大约2022年）主要集中在发现新的系外行星上。研究人员依赖间接技术来揭示行星的质量、大小，或两者兼而有之。

2022年詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）的发射标志着一个新阶段的开始。天文学家首次能够详细研究许多系外行星的大气，从而深入了解它们的成分和结构。尽管如此，这一阶段仍然距离直接寻找生命还有一步之遥，这很可能需要未来更先进的望远镜。

最新研究进一步推进了这些技术，尽管目前尚未以类地行星为目标。该研究的第一作者伊丽莎白·马修斯（马克斯·普朗克天文研究所）解释说：“JWST终于使我们能够详细研究类似太阳系的行星。如果我们是几光年之外的外星人回望太阳，那么JWST将是第一台可以详细研究木星的望远镜。不过，要详细研究地球，我们还需要更先进得多的望远镜。”

为什么类木系外行星难以研究

尽管JWST能力强大，但研究类似木星的行星仍然很困难。迄今为止观测到的大多数气态巨行星都比木星更热。这是因为研究系外行星大气的最常见方法需要行星从地球视角经过其恒星前方。距离恒星更近的行星更容易形成这种排列，但它们的温度也更高。

为了克服这一限制，马修斯及其团队采用了不同的方法。他们的工作提供了迄今为止对真正类木行星最接近的观测之一，并揭示了一个意想不到的特征。

该团队使用JWST的中红外仪器MIRI直接拍摄了Epsilon Indi Ab。这颗行星围绕南天印第安座中的恒星Epsilon Indi A运行。参与研究的MPIA博士生巴维什·拉杰普特表示：“这颗行星的质量远大于木星——新研究将其质量确定为7.6倍木星质量——但其直径与太阳系中的木星大致相同。”

一个仍保留余热的寒冷巨行星

Epsilon Indi Ab与其恒星的距离大约是木星与太阳距离的四倍。其母恒星比太阳稍小且更冷，这使得该行星温度相对较低。其表面温度估计在200至300开尔文之间（约为-70至+20摄氏度）。

尽管如此，该行星仍比温度约为140开尔文的木星更温暖。科学家认为这种额外的热量来自行星形成时残留的热能。经过数十亿年，Epsilon Indi Ab预计会逐渐冷却，并最终变得比木星更冷。

为了观测该行星，天文学家使用MIRI仪器上的日冕仪遮挡来自母恒星的强光，从而探测到行星本身微弱的光辉。他们使用11.3微米滤光片拍摄图像，该波长略高于与氨分子NH3相关的波段。通过将这些观测结果与2024年在10.6微米拍摄的早期图像进行比较，团队能够估算出氨的含量。（顺便一提，用于放置日冕仪的机械滤轮以及MIRI相机前的滤光片均由MPIA制造，这是德国对JWST的贡献之一。）

证据指向水冰云

在木星的大气中，氨气和氨云主导了可见的高层结构。根据其特性，原本预计Epsilon Indi Ab也会含有大量氨气，但不会形成氨云。然而观测结果显示，其氨含量低于预测。

最可能的解释是存在厚但不均匀的水冰云，类似于地球高空的卷云——这是一个出乎意料的复杂因素。

天文学家通常通过将观测数据与行星大气的计算机模型进行比较来解释这些数据。然而，许多现有模型并未包含云层，因为它们难以模拟。这一发现凸显了改进这些模型的必要性。研究合著者詹姆斯·芒（德克萨斯大学奥斯汀分校）表示：“这是一个‘美好的问题’，说明在JWST的帮助下我们取得了巨大进展。曾经看似无法探测的现象如今触手可及，使我们能够探测这些大气的结构，包括云层的存在。这揭示了新的复杂层次，而我们的模型正开始捕捉这些特征，并为更详细地刻画这些寒冷遥远的世界打开了大门。”

展望未来的望远镜

未来的观测可能会提供更清晰的云层图像。美国宇航局的南希·格雷斯·罗曼空间望远镜（MPIA为合作方）预计将在2026至2027年发射，非常适合直接探测反射性的水冰云。

与此同时，马修斯及其同事正在争取更多JWST观测时间，以研究更多寒冷的类木行星。随着研究人员不断完善技术

责任编辑：杨伯顺

牧夫新媒体编辑部

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