詹姆斯·韦伯望远镜发现超热岩石系外行星TOI-561 b拥有浓密大气层

詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）最近提供了迄今为止最有力的证据，证明岩石系外行星TOI-561 b拥有一个显著的大气层。这一观测结果颠覆了既有的认知，即那些围绕恒星运行得如此之近的小型行星，由于受到强烈的恒星辐射，本应无法保留任何气态外壳。

TOI-561 b被归类为一颗超热的超级地球，它首次被发现于2020年。据估计，这颗行星的年龄接近100亿年，是已知最古老的行星之一。该行星的半径约为地球的1.4倍，其绕行其母星一周的时间不足11小时，使其跻身于具有超短轨道周期（USP）的罕见系外行星之列。它围绕着一颗比太阳年长约两到三倍的橙矮星运行，距离近到产生了潮汐锁定效应，这意味着行星的同一面永远朝向恒星。

由卡内基科学研究所地球与行星实验室的Johanna Teske领导的研究团队，利用JWST上的近红外光谱仪（NIRSpec）来测量行星昼面的温度，方法是分析其近红外亮度。如果TOI-561 b仅仅是一块裸露的岩石，其昼面温度预计应高达约2700摄氏度（4900华氏度）。然而，2024年5月的观测数据显示，实际温度要低得多，仅为1800摄氏度（3200华氏度）。这种出乎意料的温差，最合理的解释就是存在一个实质性的、富含挥发物的气体外壳，该外壳正在有效地重新分配热量。

格罗宁根大学的合著者Tim Lichtenberg推测，这颗行星可能类似于一个“湿润的熔岩球”，其挥发物含量比地球要高。这种异常的低密度特性，仅仅依靠内部结构——比如一个较小的铁核和密度较低的硅酸盐地幔——是无法完全解释的。TOI-561这颗恒星的金属丰度较低，暗示着该行星的形成环境与太阳系行星的形成环境截然不同。科学家们认为，这种构成可能代表了宇宙早期形成的行星的典型特征。

伯明翰大学的Anjali Piette博士指出，要解释所有观测结果，大气层的存在是必不可少的，因为强烈的风可以将热量输送到行星的暗面。研究人员推测，行星表面可能存在一个岩浆海洋与大气层之间的动态平衡，气体不断地被释放和吸收。为了更精确地绘制热量循环图并确定大气层的具体成分，研究团队计划利用JWST超过37小时的观测数据。该研究成果已发表在《天体物理学快报》（The Astrophysical Journal Letters）上。共同作者Nicole Wallack表示，这项发现“彻底颠覆了我们对超短周期行星的传统观念”。