天文学家完整追踪WASP-121b轨道：首次捕捉到其双氦气尾巴的独特结构

天文学家们近期完成了对系外行星WASP-121b的大气蒸发过程的深度监测。这颗被称为“超热木星”的行星，距离地球约858光年，位于船帆座星系内。蒙特利尔大学特罗蒂埃系外行星研究所（iREx）与日内瓦大学的专家团队合作进行了这项研究。他们惊奇地发现，该行星的大气蒸发形成了独特的双氦气尾结构。这项研究成果已于2025年12月8日发表在《自然-通讯》（Nature Communications）期刊上，其数据来源于2025年末的连续观测。

为了精确捕捉大气损失的细节，研究人员利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的NIRISS仪器，对这颗行星进行了近37小时的持续跟踪观测。这一时间跨度使得科学家们能够完整记录其一次公转周期内的大气逃逸情况。WASP-121b的运行条件极为极端，其公转周期仅为30小时，表面温度高达约2300摄氏度（4200华氏度）。如此高的热量使得氢和氦等轻质气体被剧烈加热并蒸发到太空中，这对行星的尺寸、化学组成及其长期演化轨迹都产生了深远影响。

蒙特利尔大学的首席研究员罗曼·阿拉尔（Romain Allart）表示，此次观测为系外行星科学树立了新的里程碑。在此之前，对大气蒸发现象的观测往往只是转瞬即逝的“过境”现象的片段记录。而本次研究则提供了迄今为止最详尽的大气蒸发过程全景图，堪称“拨云见日”。

最引人注目的发现在于，逃逸的氦气并非形成单一气流，而是形成了两个巨大的尾巴，其长度延伸超过了行星轨道的一半。其中一个尾巴跟随行星身后，被恒星辐射和太阳风推开；而另一个尾巴则奇特地拖曳在行星前方，研究人员推测这可能与恒星的引力作用有关。这两个双重尾巴的直径比行星本身大了百倍以上，其复杂的三维几何结构，挑战了现有的行星大气模型，因为当前的数值模拟尚无法精确复现这种形态。日内瓦大学的团队成员文森特·布里埃（Vincent Bourrier）指出，这些观测结果揭示了当前数值模型的局限性，迫使科学家们需要探索新的物理机制来解释行星的演化过程。

这项发现对于理解行星演化的宏大课题具有关键意义。它促使我们思考，像WASP-121b这样的大质量气体巨行星，是否会通过这种质量损失机制，最终演化成类似海王星的较小行星，甚至蜕变成完全剥离了气态外壳的岩石核心？WASP-121b本身就以其奇特属性闻名，例如因极度靠近母星而形成的金属蒸汽云层，以及红宝石和蓝宝石的降雨现象。此次连续监测创下了对氦气吸收的探测记录，覆盖了行星近60%的轨道范围。这充分展现了JWST的超高灵敏度，能够在遥远距离和长时间尺度上精确描绘大气逃逸的动态过程。

参与此次研究的团队汇集了来自日内瓦大学（UNIGE）、瑞士国家科学研究中心PlanetS项目，以及蒙特利尔大学（UdeM）特罗蒂埃系外行星研究所的科学家。滑铁卢大学的丽莎·唐（Lisa Dang）教授在分析数据时，特别强调了氦气信号的清晰度令人惊叹。过去只能在短暂的凌日瞬间捕捉到的现象，如今通过完整轨道监测，已成为理解大气逃逸动力学的关键一步。这项研究也引发了更深层次的思考：这种双尾结构是WASP-121b的独有特征，还是普遍存在于其他炙热系外行星的现象之中？在系外行星科学领域，能够对行星公转周期内的动态过程进行如此细致的捕捉，无疑是一项重大的技术飞跃。