NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜发现奇特巨型系外行星：晨昏温差高达660摄氏度

天文学家利用美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯·韦伯太空望远镜，首次以前所未有的细致程度绘制出一颗遥远巨型系外行星大气层边缘的空间分布图。观测发现，这颗名为WASP-17b的行星，其大气层并非均匀地围绕行星分布，而是在不同区域呈现出明显的形状差异。其中，行星的傍晚一侧大气层向外延伸得更远，温度也显著高于清晨一侧。

这项研究由美国康奈尔大学和英国布里斯托大学的研究人员共同牵头，成果于2026年10月14日发表在《自然·天文学》杂志上。研究团队通过一种名为“透射弦”（transmission strings）的新技术，分析行星经过恒星前方时穿过其大气层边缘的星光，从而将过去通常被合并处理的大气信息拆分到不同位置。这项成果不仅揭示了WASP-17b大气层的不对称结构，也为未来绘制遥远行星的天气图开辟了新途径。

WASP-17b距离地球约1300光年，属于天文学家所说的“热木星”类型。这类行星通常是体积庞大的气态巨行星，但它们与太阳系中的木星不同，运行轨道非常靠近自己的母恒星，因此受到强烈的恒星辐射加热。

WASP-17b的体积尤其引人注目，其直径接近木星的两倍，但质量只有木星的一半左右。由于大气层极其膨胀，这颗行星的平均大气温度约为1500摄氏度。它绕母恒星运行一周只需要约3.7个地球日，极端的轨道环境使其大气层呈现出与太阳系行星截然不同的状态。

这颗行星还有一个特殊之处：它受到潮汐锁定效应的影响，始终以同一侧朝向母恒星。因此，行星的一半区域长期处于恒星照射之下，另一半则持续处于黑暗之中。尽管行星本身并不会像地球一样经历完整的昼夜循环，但其大气层仍然可以通过强劲的风将热量从白昼侧输送到黑夜侧。

研究人员发现，这种热量输送造成了行星大气层在清晨和傍晚区域之间的显著差异。位于昼夜交界处的傍晚一侧，由于受到来自白昼侧的热气流影响，温度明显更高，大气层也因此向外膨胀。相比之下，清晨一侧的大气在经过较冷的黑夜区域后温度降低，整体更加收缩。

根据研究团队的测量，WASP-17b清晨一侧的大气温度约为590摄氏度，而傍晚一侧则达到约1250摄氏度，两者相差约660摄氏度，约合1200华氏度。傍晚一侧的大气层向外延伸的程度约为清晨一侧的1.8倍。

如果仅仅观察行星的整体轮廓，这种差异很容易被忽略。过去，天文学家在分析系外行星穿越恒星前方时产生的光线变化时，通常会将行星周围的大气层边缘近似视为一个半径均匀的圆环，再将整个圆环上的光谱信号合并起来。这样做能够有效分析行星的大气成分，却可能掩盖不同区域之间的温度和结构差异。

此次研究采用的新方法则改变了这一处理方式。研究人员不再假设行星大气层边缘处处具有相同的半径，而是尝试分别测量从行星中心到大气层外缘的距离，进而重建大气层在不同方向上的形状。

这项技术由布里斯托大学的天体物理学家戴维·格兰特和汉娜·韦克福德开发，研究人员将其称为“透射弦”，也称为凌日映射技术。该方法利用行星从恒星前方经过时的光线变化，分析来自大气层边缘不同区域的信号。

当一颗系外行星从母恒星前方经过时，恒星发出的部分光线会穿过行星外围的大气层，随后抵达地球。大气中的不同气体分子会吸收特定波长的光，因此，研究人员可以通过分析星光在不同波长上的变化，推断大气中包含哪些物质，以及这些物质在不同位置的分布情况。

与此同时，如果某一处大气层温度更高，气体膨胀就会使其向外延伸得更远。通过测量这种变化，研究人员便能够判断行星大气层在不同方向上的实际范围，而不再只能得到整个大气环的平均结果。

研究团队利用詹姆斯·韦伯太空望远镜于2023年3月获得的观测数据开展分析。观测使用了三种仪器，覆盖从接近可见光到中红外的多个波段。为了完成分析，研究人员需要分别处理24个波段的数据，每个波段的拟合计算都需要耗费大量计算资源，单个波段的分析大约需要40个计算核心连续运行两周。

经过复杂的数据处理，研究团队最终获得了行星大气层边缘不同角度上的光谱信息，并由此重建出其不均匀的空间结构。

结果显示，行星赤道附近存在一条强劲的大气喷流，将热量从长期受光照的一侧输送到持续处于黑暗中的另一侧。由于大气环流的方向和行星的自转状态，傍晚一侧保留了更多来自白昼区域的热量，因此比清晨一侧更加炎热，也更加膨胀。

值得注意的是，这一发现与研究人员此前通过理论计算和计算机模拟提出的预测高度吻合。研究团队原本就预计，类似WASP-17b这样的热木星，其清晨与傍晚区域应当存在明显的温度差异，而此次观测结果证实了这一判断。

康奈尔大学的研究主要负责人莉莉·奥尔德森表示，这项成果证明，系外行星的大气层确实是具有复杂空间结构的三维系统，而不仅仅是可以用一个平均温度或单一光谱描述的均匀气体层。通过观测直接验证理论预测，与仅仅依靠计算机模拟得出结论，是完全不同的事情。

研究人员还分析了行星大气中的水蒸气和二氧化碳。结果显示，这两种气体在行星大气层边缘的分布总体较为均匀，与此前的计算机模型相符。不过，由于傍晚一侧的大气层更加膨胀，气体产生的光谱信号也更强，因此研究人员在这一侧更容易测量相关物质的含量。

相比之下，云层的分布仍然存在不确定性。不同模型对云层位置给出了不同解释，其中一种模型认为，云层可能主要出现在较冷的清晨一侧，而从两极延伸到傍晚一侧的部分区域则相对缺少云层；另一种模型则无法明确确定云层的具体性质。

研究人员指出，WASP-17b不同区域的温度跨越了硅酸盐云与盐类云可能形成的温度范围，因此，行星不同区域可能存在不同类型的云层。未来需要更精细的中红外观测，才能进一步确定这些云层的成分和空间分布。

此外，研究团队目前在部分分析中假设行星南北半球具有近似对称的结构，这一假设未必适用于其他系外行星。现有观测数据的波段范围也可能掩盖大气层边缘更细微的变化。因此，尽管此次研究已经取得重要进展，科学家仍需要更多观测来完善这颗行星的大气模型。

研究人员认为，这项工作的真正意义并不只是发现一颗行星的大气层不够对称，而是证明天文学家开始有能力研究遥远行星不同区域的局部环境。

迄今为止，天文学家已经确认了6000多颗系外行星，但对其中大多数行星的大气层，人类仍然只能获得有限的平均信息。即使借助最先进的望远镜，研究人员也很难直接拍摄这些遥远世界的表面或云层，因此通常只能通过光谱和亮度变化间接推断其物理性质。

新的透射弦技术能够将行星大气层边缘不同位置的信号分离出来，使研究人员进一步研究从赤道到两极、从清晨到傍晚的温度和化学组成变化。这意味着，未来科学家有望逐渐从测量一颗行星的平均大气特征，转向绘制更精细的三维大气结构图。

研究团队表示，随着这一技术应用于更多系外行星，天文学家可能逐步识别不同纬度的气流结构、局部温度变化以及云层分布，甚至有望在未来研究遥远行星上的大型风暴。

对于距离地球1300光年的WASP-17b而言，此次观测揭示的只是其复杂大气系统的一部分。但研究人员已经证明，即使无法直接抵达这些遥远世界，也能够利用恒星光线穿过行星大气层时留下的细微变化，重建其内部看不见的天气结构。这一进展为未来研究系外行星的气候、环流和大气演化提供了新的观测工具。