天文學家完整監測 WASP-121b 軌道：揭露雙氦氣尾的獨特結構

天文學家團隊近期完成了對系外行星 WASP-121b 的大氣蒸發現象的詳盡監測。這顆被歸類為「超熱木星」的行星，距離地球約 858 光年，位於船帆座。這項由蒙特婁大學特洛蒂埃系外行星研究所（iREx）與日內瓦大學的專家共同進行的研究，取得了一項驚人的發現：該行星的大氣逃逸形成了由兩個氦氣尾組成的獨特結構。研究成果已於 2025 年 12 月 8 日在《自然通訊》（Nature Communications）期刊上發表，其基礎是 2025 年底進行的連續觀測數據。

為了深入了解大氣逃逸的過程，研究人員利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）上的 NIRISS 儀器，對該行星進行了將近 37 小時的不間斷追蹤。這項創紀錄的監測，使科學家能夠捕捉到行星繞行一周期間大氣層的完整損失過程。WASP-121b 的軌道週期極短，僅需 30 小時，其表面溫度高達攝氏 2300 度（華氏 4200 度），極端的環境導致氫和氦等輕氣體被加熱並蒸發至太空中，這對行星的體積、化學組成及其長遠演化路徑產生了深遠影響。

蒙特婁大學的首席研究員羅曼·阿拉爾（Romain Allart）表示，這次的觀測成果為系外行星科學樹立了新的里程碑。過去對大氣蒸發的偵測通常僅限於行星凌日期間的短暫現象，而本次的成果則提供了迄今為止最為細緻的大氣蒸發圖像。這項突破性的觀察，讓我們得以一窺行星如何持續地失去其外層氣體，這在過去是難以想像的細節程度。

最引人注目的發現，在於逃逸的氦氣並非形成單一氣體流，而是構造出兩個巨大的尾巴，其長度甚至延伸超過行星軌道的一半。其中一條尾巴緊隨行星之後，主要受恆星輻射和太陽風的推動；而另一條尾巴則奇特地拖曳在行星前方，研究團隊推測這可能與恆星的引力作用有關。這兩個尾巴的直徑比行星本身大了超過一百倍，它們的複雜三維幾何結構，對現有的行星大氣模型提出了嚴峻的挑戰，因為目前的模擬尚無法精確重現這種結構。日內瓦大學的團隊成員文森特·布里耶（Vincent Bourrier）指出，這些觀測結果凸顯了數值模型的局限性，並暗示我們需要探索新的物理機制來解釋行星的演化過程。

此項研究對於理解行星演化的宏大議題具有關鍵意義，特別是探討質量損失機制是否能將氣態巨行星轉化為類似海王星的較小行星，甚至最終演變成完全剝離氣層的岩石核心。WASP-121b 本身就以其非凡的特性聞名，例如由於極度靠近母恆星，其大氣中曾觀測到蒸發的金屬雲，甚至還有紅寶石和藍寶石的沉積現象。此次連續監測成功記錄了近 60% 軌道範圍內的氦氣吸收情況，創下了偵測氦氣吸收的新紀錄。這充分展現了 JWST 儀器在長期時間尺度上，對遙遠系外行星大氣動力學進行精確繪製的能力。

參與這項研究的機構包括日內瓦大學（UNIGE）、國家科學研究中心 PlanetS，以及蒙特婁大學（UdeM）的特洛蒂埃系外行星研究所（iREx）。滑鐵盧大學的鄧格教授（Lisa Dang）也參與其中，她特別讚揚了數據分析過程中氦氣信號所展現出的卓越清晰度。過去只能在凌日短暫瞬間觀察到的現象，如今已透過完整軌道追蹤，成為理解大氣蒸發動態的關鍵環節。這項發現促使科學界進一步探究，這種雙尾結構是 WASP-121b 的獨有現象，還是廣泛存在於其他熱木星的普遍特徵。在系外行星科學領域，能夠在完整軌道週期內捕捉到如此動態的過程，無疑是一項重大的技術飛躍。