當詹姆斯韋伯太空望遠鏡在一顆巨大的外星行星上發現冰雲時，科學家們感到震驚

太陽系外行星的搜尋已經發展了幾十年。科學家希望最終能夠在遙遠的世界中發現生命的跡象，也許在未來幾十年內。大約從 1995 年到 2022 年的早期工作主要集中在發現新的系外行星。研究人員依靠間接技術來揭示行星的質量、大小，有時兩者兼而有之。

2022 年詹姆斯韋伯太空望遠鏡 (JWST) 的發射標誌著一個新階段的開始。天文學家第一次能夠詳細研究幾顆系外行星的大氣層，深入了解它們的組成和結構。然而，這距離直接尋找生命還很遠，未來可能需要更先進的望遠鏡。

最近的研究正在進一步推動這些技術，儘管它們還沒有針對地球作為行星。研究的主要作者伊麗莎白·馬修斯（馬克斯·普朗克天文學研究所）解釋說：“詹姆斯·韋伯太空望遠鏡最終使我們能夠詳細研究太陽系中的模擬行星。” “如果我們是外星人，在幾光年之外看著太陽，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡是第一台可以讓我們詳細研究木星的望遠鏡。為了詳細研究地球，我們需要更先進的望遠鏡是第一台可以讓我們詳細研究木星的望遠鏡。為了詳細研究地球，我們需要更先進的望遠鏡是第一台可以讓我們詳細研究木星的望遠鏡。為了詳細研究地球，我們需要更先進的望遠鏡”。

為什麼木星像系外行星一樣難以研究？

儘管詹姆斯韋伯太空望遠鏡具有強大的能力，但研究類木星行星仍然很困難。迄今為止觀察到的大多數氣態巨行星都比木星更熱。這是因為研究系外行星大氣最常見的方法要求從地球的角度來看行星從其恆星前面經過。離恆星越近的行星更有可能以這種方式排列，但它們也更熱。

為了克服這個限制，馬修斯和她的團隊使用了不同的方法。他們的工作提供了迄今為止最接近的木星真實對應物之一，並揭示了一個意想不到的特徵。

使用 JWST 的中紅外線儀器 MIRI，該團隊直接對 Epsilon Indi Ab 進行成像。這顆行星圍繞著印度河星座（南部天空）的恆星 Epsilon Indi A 運行。參與這項研究的 MPIA 博士生巴韋什·拉傑普特 (Bhavesh Rajput) 表示：“這顆行星的質量比木星大得多——新研究稱其質量為木星的 7.6 倍——但其直徑幾乎與太陽系中的近親行星相同。”

冰冷的巨人，帶著揮之不去的熱氣

Epsilon Indy Up 繞著其恆星運行，距離木星的距離大約是距離太陽的四倍。它的主恆星比太陽稍小且溫度較低，這使得行星的溫度相對較低。其表面溫度估計在 200 至 300 開爾文（-70 至 +20 攝氏度之間）之間。

然而，這顆行星比木星更溫暖，木星的溫度約為 140 開爾文。科學家認為，這種額外的熱量來自於行星形成過程中留下的熱量。在數十億年的時間裡，Epsilon Indy Ab 預計會變冷，最終變得比木星還要冷。

為了觀察這顆行星，天文學家使用 MIRI 儀器上的日冕來阻擋來自主星的明亮光線。這使他們能夠探測到行星本身的微弱光芒。他們使用直徑 11.3 微米的濾光片拍攝影像，該濾光片超出了與氨 NH3 分子相關的波長。透過將這些觀察結果與 2024 年在 10.6 微米處拍攝的影像進行比較，研究團隊得以估計出氨的含量。 （順便說一句，放置日冕儀的機械濾光輪和 MIRI 相機前面的濾光片都是在 MPIA 製造的，MPIA 是德國對詹姆斯韋伯太空望遠鏡的貢獻之一。）

有證據顯示存在水冰雲

在木星的大氣層中，上層可見層主要由氨氣和氨雲組成。根據其特徵，Epsilon Indy Up 預計也含有大量氨氣，但不含氨雲。相反，觀察結果顯示氨比預期少。

最可能的解釋是存在密集但不均勻的水冰雲，類似於在地球大氣層高處發現的捲雲，這是一個意想不到的複雜情況。

天文學家通常透過將觀測結果與行星大氣的電腦模型進行比較來解釋這些數據。然而，由於模擬困難，許多現有模型不包含阻力。這項發現凸顯了改進這些模型的必要性。 「這是一個大問題，它標誌著我們利用詹姆斯韋伯太空望遠鏡所取得的巨大進步，」該研究的合著者之一、德克薩斯大學奧斯汀分校的詹姆斯曼說。 「曾經看似不可能探測到的東西現在已經觸手可及，使我們能夠探測這些大氣的結構，包括雲的存在。這揭示了我們的模型現在才剛剛開始捕獲的新的複雜性層次，並為更詳細地描述這些寒冷、遙遠的世界打開了大門。”

用未來望遠鏡展望未來

未來的觀測可以提供對這些雲的更清晰的觀察。 MPIA 是 NASA 的南希·格蕾絲·羅馬太空望遠鏡的合作夥伴，預計將於 2026 年至 2027 年發射，非常適合直接探測反射水冰雲。

與此同時，馬修斯和她的同事正在利用詹姆斯韋伯太空望遠鏡尋找更多的觀測時間，以研究更多寒冷的類木行星。隨著研究人員不斷改進他們的技術，他們正在為研究未來類地世界並最終尋找太陽系外的生命跡象奠定基礎。

基本訊息

這裡描述的結果發表在 E. C. Matthews 等人的論文中，“使用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡對 Eps Ind Ab 進行第二次訪問：新的光度測量證實了氨的存在，並表明最近的超級木星的外行星大氣中存在厚厚的雲層”， 天文物理學期刊通訊。

MPIA 聯合研究員包括 Elizabeth Matthews 和 Bhavesh Rajput，以及 James Mang 和 Caroline Morley（德州大學奧斯汀分校）、Arin Carter 和 Mathilde Malin（太空望遠鏡科學研究所）等。