一颗行星,温度只有290摄氏度。听起来还是能把人烫熟,但在行星尺度上,这个数字简直等于冰窖。

这就是GJ 504 b——天文学家口中的"粉色行星"。它的表面温度比大多数直接成像的系外行星低了将近一千度,冷到最近科学家终于看清了它云层里飘着什么:盐。

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西北大学领导的天文学家团队,借助詹姆斯·韦伯空间望远镜(JWST),第一次在这颗神秘的粉色星球上发现了盐云存在的直接证据。6月18日发表在《天文学杂志》上的这项研究,不仅解开了萦绕十余年的谜团,还验证了科学家们十五多年前的一个预测:在极冷行星天体的大气里,真的可能飘着盐做的云。

地面望远镜看了十年都看不清

粉色行星的故事始于2013年。那年,天文学家第一次发现了这颗绕着类太阳恒星运转的天体,正式编号GJ 504 b,距离地球大约57光年。

它得名"粉色行星"是因为观测显示它笼罩着一层粉色的薄雾。这颗天体非常古老,对天文学家来说却一直是个折磨人的存在。作为迄今直接成像过的最冷行星质量天体之一,它实在太暗了。暗到地面上的望远镜几乎无法从地球上分析它的光。

西北大学CIERA(跨学科探索与天体物理学研究中心)的博士后研究员Aneesh Baburaj是这项研究的负责人。他说得很直接:"粉色行星是使用地面仪器发现的最冷伴星。世界各地的许多团队都做了后续观测来研究它的光,但地面仪器根本不够看。"

于是它成了韦伯望远镜的完美目标。韦伯望远镜专门为捕捉这类极冷、极暗的天体而设计,能看到地面天文台完全束手无策的角落。当Baburaj团队最终拿到粉色行星的光谱数据时,事情立刻变得有趣起来。

"一开始看到光谱,就觉得不一般,"Baburaj说,"等我们深入挖掘数据后才意识到,它跟我们之前分析过的任何东西都不一样。"

这个项目还涉及太空望远镜科学研究所(STScI)的科学家Marshall Perrin,他为该天体设计了观测方案。Perrin服务于韦伯望远镜科学家团队,参与过这台空间天文台的研发和后续运行支持。

是行星还是矮星?身份尴尬的冷天体

先澄清一件事:尽管名字叫"粉色行星",天文学家其实不确定它到底是不是行星。

GJ 504 b的质量大约是木星的25倍,刚好卡在巨型行星和褐矮星的分界线上。褐矮星是一种介于行星和恒星之间的天体,质量不够引发持续核聚变变成恒星,但比行星又大得多。因为这种模棱两可的身份,天文学家现在更倾向于叫它"行星质量伴星"——一个拥有行星级质量、绕着恒星转的天体。

它的低温则添了另一层神秘感。大多数直接成像的系外行星,表面温度在1000到2000华氏度之间。粉色行星呢?大约只有550华氏度,也就是290摄氏度。Baburaj打了一个特别传神的比方:就像家用烤面包烤箱里的温度。

这个温度数字本身就很有意思。一颗行星,在宇宙尺度上冷得像厨房里的烤箱,这意味着什么呢?Baburaj的解释指向了年龄。巨型行星刚诞生时极热,随后要用几十亿年慢慢冷却。新的研究估算,GJ 504 b的年龄大约在1亿到60亿年之间。经历这么漫长的降温过程,它终于冷到了今天这个地步,也冷到了让盐可以在大气中凝结成云的程度。

十五年前预测的盐云,终于找到了

盐云这个概念听起来有点反常。我们习惯把盐和厨房联系在一起,但在其他行星的大气中存在盐云,这个想法在科学界早有渊源。研究人员指出,大约十五多年前,就有科学家首次预测过,在极冷行星天体的大气中可能存在盐云。这是第一次有直接证据证明这种预测是对的。

韦伯望远镜用的是什么办法呢?光谱分析。当光线穿过行星大气时,不同化学物质会留下独特的吸收特征,形成光谱。通过分析这些特征,科学家可以反推出大气里有哪些化学成分。之前地面望远镜做不了这件事,因为天体太暗、光谱信号太弱。韦伯望远镜则凭借超高的灵敏度,一举捕捉到了粉色行星大气中那些此前从未被观测到的奇特化学组成和云层。

具体是哪种盐?研究并未明确说是氯化钠(食盐),而是泛称为"盐云",暗示大气里可能存在多种盐类化合物。这个"异域化学"的表述本身就很耐人寻味——它不是我们日常撒在煎蛋上的那种盐,而是某种在290摄氏度下仍能凝结成云粒子的矿物盐。

韦伯望远镜的又一次能力展示

这项发现的意义不只在粉色行星本身。它同时是韦伯望远镜能力的一次关键印证。地面天文台够不着的极冷、极暗世界,韦伯不仅能看到,还能做精细的光谱化学分析。Baburaj团队把这颗天体称为韦伯望远镜的"完美目标",因为它的特性恰好卡在韦伯的设计优势区间里:温度低、亮度暗、需要高灵敏度红外探测。

这暗示着一个更大的图景:宇宙里可能还有更多类似粉色行星的冷天体,它们的云层里藏着各种奇奇怪怪的化学物质。以前因为观测能力限制,我们对这类天体的了解几乎是一片空白。现在有了韦伯,科学家终于可以一个一个地去看了。

研究团队特别提到,这项发现还展示了一个有意思的科学循环:十五年前有人提出了盐云假说,十五年后有人用新一代望远镜找到了证据。假说在观测能力进步之前一直悬在半空,这是天文学里常见的节奏——理论等工具,等到了才能验证。

至于粉色行星上还会发现什么?Baburaj和他的同事们显然还在继续挖掘数据。从"一开始就觉得不一般"到"跟我们之前分析过的任何东西都不一样",这颗290摄氏度的冷天体,很可能还有更多奇怪的故事没讲完。毕竟,连它的身份——是行星还是褐矮星——都还没搞清楚。一个质量25倍于木星、温度像烤面包箱、云层里飘着盐的天体,它到底是什么?科学界目前还没有定论。