韦伯望远镜新发现：这颗“火炉”行星，居然是吞小石子长大的！​

Meise

最近啊，科学家们靠着詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）这双“千里眼”，又把一颗太阳系外的怪行星 WASP-121b 琢磨得更透了些。领头的两位天文学家，托马斯·埃文斯-索玛（Thomas Evans-Soma）和西里尔·加普（Cyril Gapp），他们琢磨了个法子：通过仔细瞅这颗行星大气层里飘着的关键分子，想从这里头挖出点线索，弄明白它打哪儿来，以及它在这片宇宙里是怎么个混法。

WASP-121b 可不是一般行星，它是个超级烫的“大煤气罐”（气态巨行星），而且被它的“太阳”（主恒星）死死“锁”在了很近的轨道上。近到什么份儿上呢？它绕主恒星转完一整圈，连31个小时都不用，具体只要30.5小时！这么个贴法，结果就是行星永远只有一边脸对着恒星，跟咱们月亮老是一面朝着地球一个道理。受太阳持续“暴晒”的那一面（阳面），温度恐怖地超过3000摄氏度，跟炼钢炉似的；背对着恒星、永远在阴影里的那一面（阴面），虽说黑咕隆咚，温度也吓人，少说1500摄氏度，铁都能给你化了！

研究团队动用了韦伯望远镜上那台叫近红外光谱仪（NIRSpec）的家伙事儿，在WASP-121b的大气层里真真切切地检测到了几种关键分子的信号：水蒸气（H₂O）、一氧化碳（CO）、一氧化硅（SiO），还在阴面那边测到了点甲烷（CH₄）的痕迹。这些信号都不是稀里糊涂测到的，个个都挺强、挺靠谱。用科学上衡量可靠性的那个叫“西格玛（σ）”的单位来说：水是在5.5到13.5个σ这个范围内测到的（远超一般要求的5σ），一氧化碳是在10.8到12.8σ之间，一氧化硅是在5.7到6.2σ之间。最有趣的是阴面测到的甲烷，也有3.1到5.1σ的强度，这就说明这事儿不是瞎蒙的，很可能真有。

这里头有意思在哪呢？这次发现的分子啊，有特别耐烧的（科学家叫“难熔成分”），就是像硅、铁、镁这些材料，平常搁几千度高温里也得是结实的硬块，不肯轻易化气；但又有那类特别容易飘、容易挥发的成分（“挥发性物质”），比如水和甲烷。想一次就发现它们混一块儿，其实挺不容易。为啥？因为它们发出的信号在不同波段的光谱里头。埃文斯-索玛解释了一下：“阳面那个温度太高了，高到离谱，把那些平常烧不化的硬茬子都给整成气体了，就在大气里飘着呢。”

科学家们精明着呢，他们把在行星大气里发现的这些元素分量，跟养育这颗行星的那颗恒星的成分做了个对比。结果有点儿出人意料：行星上的碳、氧、硅这些东西，含量居然比母恒星还高！这个“超标”的现象，在行话里叫“超恒星丰度”。这事儿像是个重要线索。加普点了点其中的门道：“气态的东西比液态固态的容易探测多了。因为好多化合物都能在气态下露脸，像WASP-121b这种极端行星，就变成了天然的实验室，方便天文学家研究大气是咋回事。”这个成分超标表明，WASP-121b当年在“出生”的时候，很可能不是光吞“气”，它还吃了不少小“石子”（pebbles）和小石块（planetesimals）！就是靠吞吃这些富含气体的小石子和实在些的岩质碎块，一点点攒起这么大个儿。

那它最开始是在哪“生”的呢？团队也顺藤摸瓜推断了个大概。这颗行星最可能是在它诞生时那个环绕恒星的气体和尘埃盘里，比较凉快的那片区域形成的。那片区域得离恒星够远，远到水能冻住（结成冰），但又不能太远，太远了甲烷又该冻住了也不行，温度还得暖得让甲烷保持气体状态。那个地方的环境，可能跟咱太阳系里木星和天王星之间那片地方差不多。只不过后来呢，这颗行星好像“没站稳脚跟”或者“被人推了一把”，慢慢溜达得离它的太阳越来越近了，成了现在这个被“烧烤”的局面。

这次观测还有个地方让科学家挺意外，就是居然在永远黑暗的那个阴面测到了甲烷的踪迹。按着现在科学界普遍认可的行星大气动态模型来看，这么多甲烷出现在阴面很不合理。为啥呢？因为想象一下，阳面那么烫，滚烫的空气应该会猛烈地流向阴面，那股高温劲风肯定能把阴面温度不够高的甲烷给分解破坏掉啊！但是韦伯的数据就摆那儿了，测到了。埃文斯-索玛也觉得这事挺挑战现有理论的：“这个发现对我们现有的系外行星大气动态模型算出了个难题。看来这个模型得调整一下了，得想办法把WASP-121b阴面大气这种极其强烈的上下搅和（垂直混合）给复现出来才行。”

那这阴面的甲烷是打哪来的呢？科学家们推测，很可能是这个星球上刮着特别猛的“上下风”（垂直方向的风流），这股劲风硬生生把大气层深处、富含甲烷的空气给拉上来了。越往下走大气层越冷，再加上这颗行星大气里的碳含量比氧多（碳氧比值高），在这种又冷又偏“富碳”的环境里，就容易产生并保存甲烷。

为了把这颗行星彻底瞅清楚，团队可没少下功夫。他们进行了持续很长时间的观测，整整盯着它完成了一次环绕恒星的全过程（一个轨道周期），还特意抓准了行星正好从它主恒星前面经过（这叫“凌星”）的那个宝贵时刻。当行星挡在恒星前面时，一部分星光会穿透行星大气层的边缘透过来。这种时候的光，就像是给大气层做了个“CT扫描”，科学家正好能借这个机会摸清大气具体的化学成分。加普补充道：“这次凌星时测到的‘透射光谱’，很好地证明了之前通过观测行星自身发出的‘发射光谱’检测到的一氧化硅、一氧化碳和水都是靠谱的。不过有点可惜，在行星白天黑夜交界的那个‘晨昏线’区域（过渡带），还是没能找出甲烷的影子来。”

这项研究背后的数据和分析主要出自马克斯·普朗克天文研究所（Max Planck Institute for Astronomy），成果呢，发表在了大名鼎鼎的《自然》（Nature）期刊上。韦伯望远镜又一次出手不凡，帮咱们看清楚了这颗离奇的行星是靠吃啥长大的，也让科学家开始琢磨它上面刮的风是不是跟想的有点不一样。你说这天上的事儿，是不是越看越有意思了？