北京
我们习惯把系外行星想象成规规矩矩的球体，安安静静地从恒星前面飘过。但大自然很少这么干净利落。一篇发表在《自然·天文学》上的新论文，来自康奈尔大学和布里斯托大学的研究团队，第一次详细研究了一颗明显"歪"着的系外行星。
这颗行星叫 WASP-17 b，自2009年被发现以来一直是系外行星研究者的宠儿。它位于天蝎座方向，距离约1300光年，属于我们如今称为"热木星"的一类——而且是其中相当极端的一个版本。它的一年只有四天，质量大约只有木星的一半，却被撑到了接近木星直径的两倍，密度相当于一块泡沫塑料。正因为又大又热，它成了科学家检验系外行星大气理论的天然实验室。
要理解这项研究新在哪，得先说说传统做法。以往研究系外行星大气，主要靠分析穿过行星大气的星光，再把整个行星轮廓上的信号平均起来，拼出一幅"整体大气图"。这种技术叫透射光谱，在了解大气总体化学成分时非常有用。但它把行星当成一个均匀的圆环，完全忽略了清晨一侧、傍晚一侧甚至两极之间可能各自发生的化学过程。
为了把这些局部差异区分出来，由布里斯托大学的莉莉·安德森（Lili Anderson）领衔的团队用了一种叫"透射弦"的技术，借助专门的建模软件 Harmonica，把行星的轮廓建模成一个可调节的环，而不是一个固定的圆。当行星进入和离开凌星过程时，模型会计算大气厚度在边缘各处如何变化，再分析从不同角度穿过的光的波长。
具体到这项研究，团队拿到了詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）的观测时间。它的红外相机特别适合这项任务，分辨率也足以分辨出行星大气边缘的差异。结果正如他们所料：WASP-17 b 的大气极度不对称。
这颗行星被潮汐锁定，白天侧和夜晚侧的温差巨大——从清晨边缘的858开尔文一路升到傍晚边缘的1522开尔文，两侧相差650开尔文。高中物理课就讲过，热气体膨胀。温差这么大，膨胀自然肉眼可见：论文显示，在更热的傍晚边缘，大气膨胀到了清晨侧的1.8倍。从韦布的视角看，这颗行星更像一颗侧躺着的鸡蛋，而不是一个完美的球。
这种大气膨胀有一部分是天气造成的。潮汐锁定的行星赤道上存在强大的急流，自西向东把被加热的气体从炎热的白天侧送往较凉的夜晚侧。气体在较暗的夜晚侧显著冷却，大气随之收缩。
不过，即便风这么猛，构成大气的化学物质分布却相对均衡。论文显示，水蒸气和二氧化碳均匀分布在这颗行星的周边，从赤道到两极都保持稳定。但在两极，甲烷和二氧化硫的化学成分似乎有些变化——它们似乎在远离行星急流的地方更容易存留下来。
这为人类理解这颗被反复研究的行星又添了一块拼图。近年来，天文学家已经绘制了它白天侧的红外热分布，研究过它夜间散热时的辉光，甚至瞥见上层大气中漂浮的微小石英晶体。如今，我们又能加上一张大气尺寸与成分的详细地图，构成迄今最完整的三维系外行星大气视图之一。
这大概不会是最后一颗接受这种审视的行星。虽然这篇论文是第一次展示一颗行星"不均匀"，但韦布以及本世纪晚些时候计划发射的更强大望远镜，都有能力为众多其他系外行星提供类似的洞察。真正弄清这些星际邻居的大小和形状，只是时间问题。
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