在银河系的遥远角落，数以千计的系外行星围绕各自恒星运转。
想要看清这些星球的大气模样，天文学家最依赖的手段就是凌日光谱法：当行星运行到恒星与地球之间时，捕捉穿过行星大气层的星光，通过吸收特征反推大气成分。
过去我们通常会把整个凌日过程的信号叠加平均，只能得到晨昏带大气的整体平均特征，这就像隔着雾气看一张模糊的全景照。
而最近，詹姆斯·韦伯太空望远镜凭借前所未有的精度，首次捕捉到了旋转凌日效应，借助行星自身的转动，清晰分辨出这颗超高温行星晨昏带上的大气经度差异，给大气拍出了带细节的特写。
该研究于2026年6月10日发表在《自然·天文学》上。
这次的研究对象是WASP-121 b，它是一颗典型的超高温木星，距离地球约850光年，半径约为木星的1.6倍，它距离宿主恒星很近，公转一圈仅需1.27天，与所有近距巨行星一样，它被潮汐力牢牢锁定：一面永远朝向恒星，承受数千度的炙烤；另一面永远背对星空，陷入永久寒夜。
极端的昼夜温差会在大气里掀起狂暴的风暴，而昼夜交界的晨昏地带，正是温度、化学成分变化最剧烈的区域。
过去用凌日光谱法研究大气，天文学家习惯把整个凌日过程的信号叠加，得到晨昏带的平均特征。
但很少有人留意：行星在凌日的短短几小时里，自身也在转动。
对于WASP-121 b这样的行星，一次凌日下来它会自转约25度——这个角度足以让观测到的大气区域，从凌日开始时的偏早晨一侧，慢慢切换到偏傍晚一侧。
如果两侧温度、成分不一样，凌日光变曲线就会出现不对称：后半段与前半段的行星视大小、光谱特征都会产生差异，这个效应早有理论预言，但信号过于微弱，从未被实际观测证实。
由德国马克斯·普朗克天文研究所的西里尔·加普领导的团队，用JWST的近红外光谱仪与近红外成像光谱仪，分别捕捉了WASP-121 b的两次凌日过程。
数据刚处理完成，研究人员就发现了反常：两次观测的光变曲线都呈现明显不对称，凌日后半段行星遮挡的星光更多，看起来比前半段更大。
团队首先排除了所有外界干扰。
宿主恒星WASP-121 A自转偏快，会出现重力变暗效应：赤道因离心力表面重力更低，温度和亮度都弱于两极，行星凌日时扫过不同亮度的恒星表面，也会造成曲线不对称。
团队结合TESS卫星的光学观测详细测算后确认，宿主恒星的重力变暗效应不足以解释韦伯观测到的不对称幅度。
在波长更短的近红外成像光谱仪数据中，重力变暗确实有一定贡献，但两个仪器都观测到了一致的一氧化碳信号增强，证明行星大气本身的变化才是核心原因；仪器本身的系统误差也被逐一排除。
更精细的光谱数据，直接揭开了两侧大气的化学成分差异。
随着凌日推进，一氧化碳的吸收信号持续增强，相对幅度约200ppm；而水分子的吸收信号却几乎没有增长，甚至略有减弱。
这个看似矛盾的现象，恰恰印证了傍晚侧大气温度更高的猜想。
大气温度越高，气体膨胀越明显，能遮挡的星光就越多，整体吸收都会变强——但前提是分子还能稳定存在。
对于水分子来说，超高温木星的昼侧温度足以将它拆解：在两三千度的环境中，水分子会发生热解离，拆分成氢原子与氧原子，自然失去了原本的吸收特征。
温度越高的区域，水分子越少，刚好抵消了大气膨胀带来的吸收增强。
而一氧化碳分子要稳定得多，哪怕昼侧的高温也很难破坏其结构。
所以随着温度更高的傍晚侧转入视野，大气膨胀让一氧化碳的吸收信号跟着明显变强，就连氧化硅的吸收也有轻微增强的迹象，只是它的吸收波段过窄，观测数据还不足以给出定论。
把这些线索拼接起来，一幅清晰的大气环流图景便浮现出来：WASP-121 b的昼侧东半部分温度比西半部分更高，对应的傍晚晨昏带温度梯度，比早晨晨昏带要强得多。
这与行星上的东风环流完全吻合：强劲的东风从昼侧正午区域吹向夜侧，把热量一路带到傍晚的交界线上，让黄昏侧的大气更热、更膨胀。
这个结论也和地面望远镜的观测形成了完美互补。
此前地面高分辨率光谱通过观测分子谱线的多普勒偏移，也发现了类似的不对称：一氧化碳谱线会随凌日逐渐蓝移，说明吸收信号主要来自朝着观测者转动的傍晚侧；而水分子的蓝移会逐渐减弱，说明它主要集中在转离观测者的早晨侧。
地面观测靠多普勒效应测风速，JWST靠吸收强度测成分与温度，两条完全不同的路径得到了一致结果，也让结论更加可靠。
研究团队用成熟的大气环流模型模拟了这颗行星的大气，模拟结果确实能复现傍晚侧视直径更大的整体趋势，但预测的不对称幅度比实际观测要小。
这个差距也给天文学家留下了新的线索。
一种可能是早晨晨昏带附近存在硅酸盐云层。
在从夜侧转向昼侧的早晨晨昏带附近，温度更低，硅酸盐等矿物质容易凝结形成云层，会降低该侧大气的有效标高，让早晨侧的视直径更小，从而拉大了与傍晚侧的差距。
现有的模型大多没有细致模拟云层的形成与分布，自然会低估不对称的幅度。
另一个原因是模型默认了与太阳一致的元素比例，但此前观测已经发现，WASP-121 b的碳氧比远高于太阳，化学成分的差异也会影响温度与吸收特征。
当研究人员手动调低早晨侧温度来模拟云层效果后，模拟结果立刻与观测贴近了很多。
这次发现最珍贵的价值，不只是搞清楚了WASP-121 b的大气细节，更在于验证了旋转凌日这种全新的观测方法。
过去研究系外行星大气的横向差异，大多需要地面高分辨率光谱仪通过多普勒效应测量；而旋转凌日方法让我们用空间望远镜的低分辨率透射光谱，就能拆解出晨昏带上的温度与化学成分的经度梯度，为系外行星大气研究提供了一把全新的标尺。
当然，这种方法目前还只适用于超高温木星这类极端行星：它们温度高、大气膨胀明显，自转带来的信号才足够强。
但团队已经梳理出一批适合观测的候选行星，比如WASP-33 b、KELT-9 b等。
这些行星的宿主恒星自转更快，重力变暗的干扰会更强，但只要结合多波段观测数据仔细校正，同样能挖掘出大气的经度信息。
随着JWST观测数据的积累与建模技术的进步，未来我们或许能给更多系外行星画出完整的大气地图。
从模糊的平均光谱，到清晰的经度差异，人类正在一步步把遥远的系外行星，从一个个光点，变成有具体面貌的真实世界。
热门跟贴