JWSTが捉えた系外惑星WASP-18b：大気構造の初三次元地図が示す極限環境の熱的・化学的証拠

ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）の卓越した観測能力により、天文学者チームは太陽系外惑星の大気構造を初めて三次元で描き出すという画期的な成果を達成しました。この研究対象は、地球から約400光年離れた「超高温の木星」型惑星、WASP-18bです。この巨大ガス惑星は、木星の約10倍の質量を持ち、主星の周りをわずか23時間で一周する極めて短い公転周期を有しています。本研究は、ミーガン・ワイナー・マンスフィールド氏（メリーランド大学）とジェイク・ターナー氏（コーネル大学）が共同で主導し、2025年10月28日に『Nature Astronomy』誌に掲載されました。

この三次元地図の作成には、「3D食検出法」、すなわち分光食検出法という革新的な手法が適用されました。この技術は、系外惑星が主星の後ろを通過する際（食）に生じる光の波長における微細な変化を追跡するものです。この光の変動を多波長で詳細に分析することで、科学者たちは惑星の緯度、経度、そして高度にわたる温度分布を再構築することが可能になりました。この手法は、以前の二次元モデルを基盤として発展したものであり、JWSTの近赤外線撮像・スリット分光装置（NIRISS）の多波長観測データを活用しています。

得られた三次元の熱構造図は、惑星の昼側の中央に明確な「ホットスポット」が存在し、その周囲を比較的低温の環状構造が取り囲んでいることを示しました。この熱の偏在パターンは、惑星の大気循環が熱を均一に分配するには不十分であることを示唆しています。さらに、この中心のホットスポット領域では、大気全体の平均と比較して水蒸気量が少ないことが観測されました。

研究者たちは、このホットスポットにおける極度の熱（華氏約5000度に達する可能性）が、水分子を構成要素に分解する「熱解離」を引き起こしている可能性が高いと結論付けました。これは、以前の理論的予測を実測データで裏付けるものであり、このような現象の直接観測は初めてです。このブレークスルーは、遠方の天体の熱的特性と化学組成について、より深い洞察を得るための新たな扉を開きました。

JWSTによるこの三次元マッピングは、系外惑星の理解を深める上での一つの節目を示しています。かつて地球上の望遠鏡が木星の大赤斑や縞模様の雲構造をマッピングしたように、この技術は、太陽系外の惑星群の多様な大気循環パターンを解明する道筋を照らしています。この手法は、主星の光に隠れて直接観測が困難であった系外惑星を「画像化」することを可能にします。