韋伯望遠鏡繪製首張系外行星三維大氣圖譜 揭示WASP-18b極端熱點與水分子解離

天文學界近期透過詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）的尖端觀測能力，成功繪製出首張系外行星大氣層的立體結構圖，這項劃時代的成就聚焦於被稱為「超熱木星」的WASP-18b行星。該行星距離地球約四百光年，質量約為木星的十倍，其公轉週期極短，僅需二十三個小時便繞行其母星一圈。

此項研究的核心是採用一種名為「三維食相測繪」（3D eclipse mapping）的創新技術，亦即光譜食相測繪技術。此技術透過追蹤系外行星從母星後方經過時，光譜波長所發生的微小變化，使科學家得以重構該行星在不同緯度、經度乃至高度上的溫度分佈情況。此項技術的發展，建立在同一團隊於2023年發表的二維模型基礎之上，極大地拓展了遙遠天體的探測深度。

生成的立體圖譜揭示了WASP-18b面向恆星的「向陽面」存在一個顯著的中央熾熱點，該熱點被一圈相對較冷的結構所環繞。這種明顯的熱力學分佈模式強烈暗示，該行星的大氣環流風力不足以均勻傳遞熱量，導致熱點區域溫度居高不下。 值得注意的是，研究團隊在中央熱點區域偵測到比大氣平均水平更低的水蒸氣含量。

研究人員推論，此熱點區域的極端高溫（接近華氏五千度）極有可能導致水分子發生解離，即水分子分解成氫氣和氧氣原子，這項發現證實了早先的理論預測。 共同領導這項研究的馬里蘭大學的Megan Wiener Mansfield和康乃爾大學的Jake Turner，連同康乃爾大學的Ryan Challener（該論文的第一作者），將這項成果發表於《自然天文學》期刊，時間為2025年十月二十八日。

此開創性的測繪方法，不僅為深入理解系外行星的熱結構與化學組成提供了新的視窗，更為未來評估其他系外行星系統的潛在宜居性奠定了堅實基礎。研究人員指出，這種技術使他們能夠「看見」那些因母星過於明亮而無法直接成像的系外行星，如同過去地面望遠鏡觀察木星大紅斑一般，是探索宇宙奧秘的一大躍進。