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韋伯太空望遠(yuǎn)鏡繪制了280光年外熱氣體巨型系外行星WASP
發(fā)布時間：2025-12-07 04:05:52 來源：桑間濮上網(wǎng) 作者：焦點
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（神秘的韋伯望遠(yuǎn)外行地球uux.cn）據(jù)美國宇航局（韋伯任務(wù)團(tuán)隊）：一個國際研究小組成功地使用美國國家航空航天局的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡繪制了熱氣體巨型系外行星WASP-43b的天氣圖。
在寬光譜的太空體巨中紅外光上進(jìn)行的精確亮度測量，再加上3D氣候模型和其他望遠(yuǎn)鏡先前的鏡繪觀測，表明夜晚有厚厚的制光高云覆蓋，白天天空晴朗，年外赤道風(fēng)時速超過5000英里，熱氣混合著地球周圍的型系星大氣氣體。
這項調(diào)查只是韋伯望遠(yuǎn)外行對系外行星科學(xué)的最新證明，韋布具有測量溫度變化和探測數(shù)萬億英里外大氣氣體的太空體巨非凡能力。
圖片：熱氣巨型外行星WASP-43b（藝術(shù)家概念）
這個藝術(shù)家的概念展示了熱氣體巨型系外行星WASP-43b的樣子。WASP-43b是制光一顆木星大小的行星，距離地球約280光年，年外位于塞克斯坦星座。熱氣這顆行星繞恒星運行約130萬英里，型系星在約19.5小時內(nèi)完成一圈。韋伯望遠(yuǎn)外行因為它離恒星如此之近，WASP-43b可能是潮汐鎖定的：它的自轉(zhuǎn)速率和軌道周期是相同的，因此一側(cè)始終面向恒星。圖像：uux.cn/NASA、ESA、CSA、Ralf Crawford（STScI）
潮汐鎖定的“熱木星”
WASP-43b是一顆“熱木星”類型的系外行星：大小與木星相似，主要由氫和氦組成，比我們太陽系中的任何一顆巨行星都熱得多。盡管WASP-43b的恒星比太陽更小、更冷，但它的軌道距離只有130萬英里，不到水星和太陽距離的1/25。
由于軌道如此狹窄，這顆行星被潮汐鎖定，一側(cè)持續(xù)發(fā)光，另一側(cè)永遠(yuǎn)處于黑暗之中。盡管夜側(cè)從未接收到來自恒星的任何直接輻射，但強烈的東風(fēng)將熱量從白天輸送到周圍。
自2011年發(fā)現(xiàn)以來，WASP-43b已經(jīng)被許多望遠(yuǎn)鏡觀測到，包括美國國家航空航天局的哈勃望遠(yuǎn)鏡和現(xiàn)已退役的斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡。
灣區(qū)環(huán)境研究所研究員、今天發(fā)表在《自然天文學(xué)》上的一項研究的主要作者泰勒·貝爾解釋道：“使用哈勃望遠(yuǎn)鏡，我們可以清楚地看到白天有水蒸氣。哈勃和斯皮策都認(rèn)為夜晚可能有云。”。“但我們需要韋布進(jìn)行更精確的測量，才能真正開始繪制地球周圍的溫度、云量、風(fēng)和更詳細(xì)的大氣成分圖。”
繪制溫度圖和推斷天氣
盡管WASP-43b太小、太暗、離恒星太近，望遠(yuǎn)鏡無法直接看到，但它只有19.5小時的短軌道周期使其成為相位曲線光譜的理想選擇，這項技術(shù)涉及測量恒星繞恒星運行時恒星-行星系統(tǒng)亮度的微小變化。
由于物體發(fā)出的中紅外光的數(shù)量在很大程度上取決于它的溫度，因此韋布捕捉到的亮度數(shù)據(jù)可以用來計算行星的溫度。
圖片：熱氣巨外行星WASP-43b（MIRI相位曲線）
這條相位曲線由美國國家航空航天局詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡上的MIRI低分辨率光譜儀捕捉到，顯示了WASP-43系統(tǒng)的亮度隨時間的變化，因為該行星圍繞其恒星運行。當(dāng)行星炎熱的白天面向望遠(yuǎn)鏡時，就在它經(jīng)過恒星后面前后，該系統(tǒng)看起來最亮。隨著行星繼續(xù)運行，夜晚旋轉(zhuǎn)進(jìn)入視野，系統(tǒng)變得越來越暗。當(dāng)白天旋轉(zhuǎn)回到視野中時，它在經(jīng)過恒星前方后再次變亮。WASP-43b是一顆熱木星，距離地球約280光年，位于塞克斯坦星座。圖片：uux.cn科學(xué)：Taylor J.Bell（BAERI）；喬安娜·巴斯托（開放大學(xué)）；Michael Roman（萊斯特大學(xué)）平面設(shè)計：NASA、ESA、CSA、Ralf Crawford（STScI）
該團(tuán)隊使用Webb的MIRI（中紅外儀器）每10秒測量一次WASP-43系統(tǒng)的光線，持續(xù)時間超過24小時。貝爾解釋道：“通過對整個軌道進(jìn)行觀測，我們能夠計算出行星旋轉(zhuǎn)進(jìn)入視野時不同側(cè)面的溫度。”。“據(jù)此，我們可以繪制出一張地球溫度的粗略地圖。”
測量結(jié)果顯示，白天的平均溫度接近2300華氏度（1250攝氏度），足以打鐵。與此同時，夜晚的溫度在1100華氏度（600攝氏度）時明顯較冷。這些數(shù)據(jù)還有助于定位行星上最熱的點（“熱點”），該點從接收到最多恒星輻射的點向東移動，恒星在行星的天空中最高。這種轉(zhuǎn)變的發(fā)生是因為超音速風(fēng)將加熱的空氣向東移動。
英國萊斯特大學(xué)的合著者邁克爾·羅曼說：“我們可以用這種方式繪制溫度圖，這確實證明了韋布的敏感性和穩(wěn)定性。”。
為了解釋這張地圖，該團(tuán)隊使用了復(fù)雜的3D大氣模型，就像那些用來了解地球上天氣和氣候的模型一樣。分析表明，夜晚可能被厚厚的云層覆蓋，這阻止了一些紅外光逃逸到太空。因此，夜晚雖然很熱，但看起來比沒有云的時候更昏暗、更涼爽。
圖片：熱氣巨外行星WASP-43b（溫度圖）
標(biāo)題為“熱氣巨外行星WASP-43 b：溫度圖；MIRI低分辨率光譜”的圖片顯示了該行星望遠(yuǎn)鏡在4個軌道位置面向半球的紫色到黃色溫度圖。箭頭指向逆時針方向的灰色線形成了圍繞恒星的軌道。左下角的溫標(biāo)，以°F和K為單位，等級從左邊的紫色到右邊的黃色：1000°F為紫色；1500°F粉紅色；2000°F橙色；2500°F黃色。1000 K深粉紅色。1500 K橙黃色。這顆恒星后面的行星，被標(biāo)記為“永久日側(cè)”：半球中心為黃色，邊緣為橙色。恒星左邊的行星：顏色從面對恒星的右邊邊緣的黃色到面對恒星的左邊邊緣的紫色。這顆位于恒星前方的行星，被標(biāo)記為“永久夜邊”，在中心偏右的地方是紫色的，邊緣漸變?yōu)樯罘奂t色。恒星右邊的行星：顏色從面對恒星的左邊邊緣的黃色到面對恒星的右邊邊緣的紫色。這組地圖顯示了熱氣巨星系外行星WASP-43b繞恒星運行時可見側(cè)的溫度。這顆行星的白天在經(jīng)過恒星后面前后都是可見的。這些溫度是根據(jù)美國國家航空航天局詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡上的MIRI（中紅外儀器）從恒星-行星系統(tǒng)探測到的8000多個5至12微米中紅外光的亮度測量值計算得出的。一般來說，物體越熱，發(fā)出的中紅外光就越多。圖片：uux.cn科學(xué)：Taylor J.Bell（BAERI）；喬安娜·巴斯托（開放大學(xué)）；Michael Roman（萊斯特大學(xué)）平面設(shè)計：NASA、ESA、CSA、Ralf Crawford（STScI）
甲烷缺失和大風(fēng)
韋布捕捉到的寬光譜中紅外光也使測量地球周圍的水蒸氣（H2O）和甲烷（CH4）的數(shù)量成為可能。英國開放大學(xué)的合著者Joanna Barstow說：“Webb給了我們一個機會，讓我們能夠準(zhǔn)確地找出我們看到的分子，并對其豐度進(jìn)行一些限制。”。
光譜顯示，地球的夜晚和白天都有明顯的水蒸氣跡象，這提供了關(guān)于云層厚度和在大氣中延伸高度的額外信息。
令人驚訝的是，數(shù)據(jù)還顯示大氣中任何地方都明顯缺乏甲烷。盡管白天太熱，甲烷不可能存在（大部分碳應(yīng)該以一氧化碳的形式存在），但甲烷應(yīng)該是穩(wěn)定的，在涼爽的夜晚可以檢測到。
巴斯托解釋說：“我們沒有看到甲烷，這一事實告訴我們，WASP-43b的風(fēng)速必須達(dá)到每小時5000英里左右。”。“如果風(fēng)足夠快地將氣體從白天吹到夜晚，然后再吹回來，那么預(yù)期的化學(xué)反應(yīng)就沒有足夠的時間在夜晚產(chǎn)生可檢測到的甲烷。”
該團(tuán)隊認(rèn)為，由于這種風(fēng)力驅(qū)動的混合，行星周圍的大氣化學(xué)成分是相同的，這在過去哈勃和斯皮策望遠(yuǎn)鏡的研究中并不明顯。
對WASP-43b的MIRI觀測是作為韋布早期釋放科學(xué)計劃的一部分進(jìn)行的，該計劃為研究人員提供了一系列強大的開放獲取數(shù)據(jù)，用于研究廣泛的宇宙現(xiàn)象。詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡是世界上首屈一指的空間科學(xué)天文臺。韋布正在解開我們太陽系的奧秘，展望其他恒星周圍的遙遠(yuǎn)世界，探索我們宇宙的神秘結(jié)構(gòu)和起源以及我們在其中的位置。韋布是由美國國家航空航天局及其合作伙伴歐空局和加拿大航天局領(lǐng)導(dǎo)的一個國際項目。
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