美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）最新观测显示，在被昵称为“粉色行星”的系外天体周围，存在由盐组成的奇特云层，为这一宇宙中最寒冷的类行星伴星之一的大气结构提供了直接证据，并解开了困扰天文学界逾十年的谜团。相关研究由美国西北大学牵头完成，并于6月18日发表于《天文学期刊》。
这颗“粉色行星”正式编号为 GJ 504 b，2013 年首次被发现，围绕一颗与太阳类似的恒星运行，距离地球约 57 光年。尽管拥有“行星”之名，科学家仍未完全确定它是否应被归类为真正的行星——其质量约为木星的 25 倍，接近巨行星与褐矮星之间的分界线，因此研究人员更审慎地将其称为一颗“行星质量伴星”，即围绕恒星运行的类行星天体。
GJ 504 b 之所以长期难以研究，源于其极端低温和微弱亮度。目前直接成像的系外行星多拥有约 1000 到 2000 华氏度（约 538 至 1093 摄氏度）的高温，而 GJ 504 b 的温度仅约 550 华氏度（约 290 摄氏度），与烤箱内烤制面包时的温度相当。研究团队分析认为，这种相对“寒冷”的状态反映出它十分古老——巨型行星在诞生时极其炽热，但会在数十亿年尺度上逐渐冷却，GJ 504 b 的年龄估算为 25 亿至 40 亿年之间。
领衔研究的西北大学天体物理学中心（CIERA）博士后研究员 Aneesh Baburaj 指出，“粉色行星是利用地面仪器发现的温度最低的伴星对象”。过去十多年间，多支团队尝试利用全球最大型地基望远镜对其进行后续观测，以获取大气光谱，但都因为目标太过暗弱而未能成功。相较之下，詹姆斯·韦伯空间望远镜凭借其高灵敏度红外观测能力，能够在约两小时的观测时间内成功分离出这颗伴星的大气光谱，成为研究这类“冷暗世界”的关键新工具。
在此次观测中，研究人员利用 JWST 对主星及其伴星进行高对比度成像，并通过先进数据处理方法消除了来自母恒星的强烈眩光，最终提取出伴星自身发出的光谱信号。通过将光分解为不同波长，科学家得以分析大气中的化学“指纹”，从而推断其中存在的元素和分子种类。Baburaj 表示，在成功获得光谱之后，团队很快就意识到这颗“粉色行星”的大气特征“与此前分析过的任何对象都截然不同”。
光谱分析结果显示，GJ 504 b 的大气中含有水汽、甲烷、二氧化碳、氨以及多种其他分子成分。然而，当研究团队将这些观测结果与现有大气模型进行对比时，最初只能在引入不切实际的极端条件时才勉强匹配数据，这显然与物理常识相悖。真正的突破出现在科学家开始在模拟中加入云层之后：当模型中引入不同类型的云，并逐一测试它们对光谱的影响时，盐云模型与实测数据的吻合度远远高于其他选项。
研究指出，这些盐云可能遮挡了行星更深层的大气，使得最终被 JWST 探测到的光谱信号主要来自云层上方或云层附近的区域，从而改变了分子吸收和散射的特征。Baburaj 表示，“我们在模拟中加入云层后，结果开始与我们对冷行星的理论认识相符；尝试了三种不同类型的云，盐云方案是最契合的。”在考虑盐云影响后，隐藏在更深层的大气分子特征被适度削弱，光谱模型终于在物理上变得合理。
这项工作被认为是首次为冷行星质量天体的大气中存在盐云提供直接证据，也验证了科学界在十多年前提出的一类理论预测。与此同时，观测还显示 GJ 504 b 含有异常丰富的重元素——天文学家把氢、氦之外的元素统称为“金属”——这可能意味着其形成过程不同于普通巨行星。基于现有资料，研究团队尚无法确定该天体究竟是更接近由行星盘聚集形成的“巨行星”，还是更类似通过引力塌缩形成的小型恒星或褐矮星，其起源问题仍待后续深入研究。
研究人员强调，詹姆斯·韦伯望远镜在这项研究中展示的方法，将为探索更多类似的暗弱、寒冷天体打开新的窗口。以木星为例，它的大气上层覆盖着厚厚的氨冰云，但现有仪器仍无法以与 GJ 504 b 类似的细节水平观测这些云层结构。如今，盐云在 GJ 504 b 大气中的成功探测表明，天文学家正在稳步扩大可精细研究的冷世界类型，为未来探索太阳系内外云层和大气结构提供重要参考。
Baburaj 指出，这是首次发现盐云在解释一颗冷行星质量天体光谱时具有“关键性作用”，这对构建和修正大气模型具有重要意义。他提醒道，“这是一记重要的提醒：在模拟中必须更系统地考虑云层的存在及其影响。”随着 JWST 继续开展高对比度成像和光谱观测，科学家预计将有更多类似 GJ 504 b 的冷暗系外伴星被深入研究，从而帮助人类更全面地理解宇宙中多样化的行星与次恒星世界。
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