研究人员利用NASA的詹姆斯·韦布空间望远镜，获得了迄今为止关于太阳系外岩石行星存在大气层的最强有力证据。
这项研究聚焦于一颗超热超级地球——TOI-561 b，观测显示该行星被一层厚厚的气体所笼罩，其表面可能覆盖着全球性的岩浆海洋。
相关成果已发表于《天体物理学杂志通讯》。研究人员指出，这些发现不仅解释了该行星异常低的密度，也对长期以来的观点提出了挑战——过去认为，如此靠近恒星、体积相对较小的行星难以维持稳定的大气层。
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。尽管其母恒星比太阳略小、温度较低，但行星与恒星的距离不足一百万英里（仅为水星与太阳距离的二十分之一），导致它处于潮汐锁定状态，永昼面的温度远超过典型岩石的熔点。
论文共同作者、伯明翰大学的安贾莉·皮耶特博士解释说：“我们需要一个富含挥发性成分的浓厚大气层，才能合理解释所有观测结果。强烈的风会将热量从白天面输送至夜晚面，从而实现降温。”
她进一步指出：“像水蒸气这样的气体会吸收行星表面辐射的特定波段的近红外光，阻止其抵达大气顶层。由于望远镜接收到的光线减弱，行星显得温度较低。此外，大气中也可能存在明亮的硅酸盐云，通过反射恒星光来帮助冷却大气。”
研究团队认为，该行星密度偏低的原因之一，可能是其拥有相对较小的铁核，以及由密度低于地球内部岩石的物质构成的地幔。
论文第一作者、卡内基科学研究所地球与行星实验室的科学家约翰娜·泰斯克表示：“真正让这颗行星显得特别的是它异常低的密度——低于基于类地行星组成所预测的数值。”
她补充道：“TOI-561 b在超短周期行星中显得独特，因为它围绕着一颗非常古老、贫铁的恒星运行，其年龄约为太阳的两倍，位于银河系的‘厚盘’区域。这意味着它形成于与太阳系行星截然不同的化学环境之中。”
该行星的组成可能代表了宇宙早期形成的行星特征。研究团队还推测，TOI-561 b可能被浓厚的大气层包裹，使其看起来比实际体积更大。尽管长期暴露在强烈的恒星辐射下，小型行星通常难以保有大气，但观测显示它并非仅是裸露的岩石或熔岩星球。
研究人员利用韦布望远镜的近红外光谱仪，通过测量行星在近红外波段的亮度，推算了其永昼面的温度，从而检验TOI-561 b是否拥有大气层。该方法通过观测行星运行至恒星背后时系统亮度的下降来实现——类似于在TRAPPIST-1系统及其他岩石行星中探测大气层的手段。
如果TOI-561 b是一颗没有大气层的裸露岩石行星，且无法将热量传递至暗面，其昼面温度应接近4,900华氏度（约2,700摄氏度）。然而，近红外光谱仪的观测显示，该行星昼面温度似乎只有约3,200华氏度（约1,800摄氏度），虽然依然极高，但明显低于预期。
为解释这一差异，研究团队考虑了多种可能。岩浆海洋虽能通过流动传递部分热量，但在无大气层的情况下，行星夜面会凝固成固态，阻碍热量从昼面向外散发。岩浆海洋表面也可能存在薄层的岩石蒸汽，但其冷却效果远不足以解释观测到的温度下降。
确凿的证据与未解之谜
尽管韦布望远镜的观测为TOI-561 b存在大气层提供了有力证据，疑问仍然存在：如此靠近恒星的小型行星，是如何在强烈辐射下长期维持大气层，甚至保持如此浓厚的气体环境的？
共同作者、荷兰格罗宁根大学的蒂姆·利希滕伯格指出：“我们认为岩浆海洋与大气层之间可能存在着动态平衡。从行星表面逃逸的气体不断补充大气，而岩浆海洋又通过内部过程将部分气体重新吸收。要解释观测结果，这颗行星的挥发性物质含量必须远高于地球。它就像一个被湿润气体包裹的熔岩星球。”
这些发现来自韦布望远镜“总体观测计划3860”的首批数据。该计划对TOI-561 b系统进行了超过37小时的连续观测，覆盖了行星近四个完整的公转周期。研究团队正在分析全部数据，以期绘制整个星球的温度分布图，并进一步约束其大气成分。
詹姆斯·韦布空间望远镜是当今世界领先的空间科学天文台。韦布致力于揭示太阳系的奥秘，探索遥远恒星周围的行星世界，解析宇宙的结构与起源，进而深化人类对自身在宇宙中地位的理解。该项目由NASA主导，与欧洲空间局及加拿大航天局共同合作推进。
