天文学家没有料到会看到这个。
詹姆斯·韦伯太空望远镜最近对一颗类木星系外行星的观测，给出了一个让研究者集体挠头的结果：这颗行星的大气层里存在水冰云，而现有的几乎所有大气模型，都没有预测到这种情况。相关研究成果发表于《天体物理学杂志快报》，由马克斯·普朗克天文学研究所的Elisabeth Matthews领导的团队完成。
这颗行星的名字叫Epsilon Indi Ab，距离地球约12光年，是迄今为止JWST直接成像观测过的最接近"真正类木星行星"的系外天体。说它"类木星"，不仅是因为它是气态巨行星，更因为它的温度和轨道条件与木星相近，这在已发现的数千颗系外行星中相当罕见。
直接拍到，不靠推算
理解这次观测的意义，需要先明白系外行星研究的一道长期难题。
过去几十年里，天文学家探测系外行星主要靠间接方法：凌星法，即观察行星从恒星前方经过时造成的亮度微弱下降；或径向速度法，即追踪恒星因行星引力牵引而产生的微小摆动。这两种方法各有其局限，前者偏向发现轨道紧密、靠近恒星的行星，后者对遥远大质量行星更敏感，但两者都无法直接看到行星本身。
靠近恒星的行星温度极高，动辄超过1000摄氏度，大气成分相对简单。像木星这样距离恒星遥远、温度低至零下一百多摄氏度的行星，才是理解太阳系行星形成、进而推断地球类行星大气条件的关键参照。
Matthews团队用的是另一条路：直接成像。他们使用韦伯望远镜搭载的中红外仪器MIRI，借助日冕仪遮挡住Epsilon Indi A恒星的强烈光芒，直接捕捉到了Epsilon Indi Ab自身发出的微弱红外辐射。通过对比2024年和最新一次观测在不同滤光片下的亮度数据，研究团队得以估算出这颗行星大气中的氨气含量。
结果让人意外：氨气比预期中少得多。
冰云藏住了氨气，模型跟不上现实
在木星上，氨气是上层大气的主角，壮观的橙黄色云带正是由氨冰晶构成的。根据Epsilon Indi Ab的温度和质量参数，理论模型预测它的大气中也应该含有大量氨气。
但实测数据说不。
研究团队给出的最合理解释是：这颗行星的大气层里存在厚重且分布不均匀的水冰云，就像地球高空的卷云一样，这些云层像一张斑驳的幕布，遮挡住了下方的氨气，使其无法被探测到。
这不是一个小发现。Epsilon Indi Ab的表面温度估计在200至300开尔文之间，换算成摄氏度大约是零下70摄氏度至零上20摄氏度。在这个温度范围内出现水冰云，对现有的大气物理模型来说是一次直接的挑战。绝大多数针对气态巨行星的计算机模型，根本没有把云层纳入计算，因为云层的形成、分布和动态变化极度复杂，难以用简洁的方程描述。
德克萨斯大学奥斯汀分校的James Mang坦言，这正是JWST带来的新挑战："曾经看似不可能探测到的东西现在触手可及，使我们能够探测这些大气层的结构，包括云的存在。这揭示了模型开始捕捉的新复杂层面。"
换句话说，现实比模型更复杂。望远镜的眼力超过了理论的预判。
Epsilon Indi Ab距离其恒星约为木星到太阳距离的四倍，其主星Epsilon Indi A是一颗比太阳略小、温度略低的橙矮星。这颗行星的质量约为木星的7.6倍，但直径与木星相近，密度相应更高。科学家认为它目前仍比木星稍暖，多余的热量来自行星形成时积累的余热，随着时间推移将持续散失，数十亿年后它将比木星更冷。
这次发现的意义，不止于一颗行星本身。对于未来寻找类地行星乃至地外生命迹象的长远目标而言，掌握云层如何影响行星大气的可观测特征，是一道必须先通过的关卡。如果连气态巨行星上的云层都能让现有模型失准，那么面对比地球更小、信号更微弱的类地行星时，这个问题将更加棘手。
NASA的南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜计划于2026至2027年间发射，其观测能力被认为特别适合直接探测反射水冰云的信号，有望为这个问题提供更多数据。Matthews团队也已申请更多JWST观测时间，计划对更多寒冷的类木星行星展开系统性研究。
冰云的出现，打乱了人们对这类行星的既有认知，也打开了一道新的门。
热门跟贴