科学家在熔岩星球TOI-561 b上探测到大气层存在证据

天文学家利用美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜，首次在太阳系外的一颗岩石行星上探测到存在浓厚大气层的有力证据。

这颗名为TOI-561 b的超高温超级地球，似乎被一层厚厚的气体包裹，其下方是一片全球性的熔岩海洋。

研究团队在《天体物理学杂志通讯》上发表的论文指出，这一发现有助于解释该行星异常低的密度，并对“距离恒星极近的小型行星难以维持大气层”的传统认知提出了挑战。TOI-561 b的半径约为地球的1.4倍，公转周期不到11小时，属于罕见的“超短周期系外行星”。尽管其宿主恒星仅比太阳略小、略冷，但行星与恒星的距离不足100万英里（约合水星与太阳距离的四十分之一），导致其被潮汐锁定，永久昼面的温度远超普通岩石的熔点。

论文共同作者、伯明翰大学的安贾莉·皮耶特（Anjali Piette）博士解释道：“要解释所有观测现象，这颗行星必须拥有一层浓厚且富含挥发物的大气。强劲的风可将热量从昼面输送至夜面，从而起到冷却作用。同时，水蒸气等气体会在近红外光穿越大气层时，吸收其中特定波长的地表辐射。这使得望远镜接收到的光信号减弱，导致行星观测温度显得较低。此外，明亮的硅酸盐云也有可能通过反射星光，对大气层产生冷却效应。”

该行星的物质构成，或许能为我们揭示宇宙年轻时期形成的行星的典型特征。

研究团队还提出一种猜想：TOI-561 b 可能被厚重的大气层包裹，使其在观测中显得比实际体积更为庞大。尽管在炽烈恒星辐射中灼烧数十亿年的小型行星，理论上难以维持大气层的存在，但观测迹象表明，这类天体并非仅仅是裸露的岩石或熔岩球体。

为验证TOI-561 b存在大气层的假说，研究团队借助韦伯望远镜的近红外光谱仪，通过测量行星近红外波段亮度来推算其向阳面的温度。这项技术通过捕捉行星运行至恒星背后时，整个星系系统的亮度衰减来实现——该方法曾成功应用于TRAPPIST-1系统及其他岩质行星的大气探测。

理论计算显示，倘若TOI-561 b是缺乏大气层进行热量传输的裸露岩质星球，其向阳面温度应接近2700摄氏度。然而近红外光谱仪的观测数据却给出约1800摄氏度的结果——虽然依旧极为炽热，但较理论预期明显偏低。

为解释这种温差，研究团队推演了多种可能场景：全球性熔岩海洋虽能通过流动传递部分热量，但在没有大气层的情况下，背阳面会凝固成固态外壳，严重阻碍热量扩散；岩浆海表面可能存在的薄层岩石蒸气，其单独产生的冷却效应也远不足以解释观测到的温度差异。

有力证据与待解之谜

尽管韦伯望远镜的观测为这颗行星存在大气层提供了有力证据，但一个根本问题仍然悬而未决：一颗长期暴露在强烈辐射下的狭小行星，如何能维持住任何大气——更何况是如此厚重的大气层？

来自荷兰格罗宁根大学的合著作者蒂姆·利希滕伯格解释说：“我们认为，其熔岩海洋与大气层之间存在着一种动态平衡。一方面，行星内部不断释放气体补充大气；另一方面，熔岩海洋又将部分气体重新吸回内部。要解释观测结果，这颗行星的挥发性物质含量必须远超地球——它实质上就像一个‘湿润的熔岩球’。”

这些成果来自韦伯望远镜“通用观测者计划3860”的首批数据。该计划对TOI-561系统进行了持续超过37小时的连续观测，期间行星绕恒星完成了近四周公转。目前，团队正在深入分析完整数据集，以期绘制该行星全球温度分布图，并进一步确定其大气成分。

詹姆斯·韦伯太空望远镜是当今世界领先的空间科学观测平台。它正致力于揭示太阳系的未解之谜，探索太阳系外遥远的世界，并深入探测宇宙的神秘结构、起源以及人类在其中的位置。韦伯望远镜是由美国国家航空航天局主导，并与欧洲空间局及加拿大航天局共同推进的国际合作项目。