研究人員使用美國宇航局詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現了迄今為止最清晰的跡象，表明太陽系之外的一顆岩石行星被大氣層包裹著。
對熾熱超級地球 TOI-561 b 的觀測表明，這顆系外行星可能被全球熔岩海洋上方的厚厚氣體層包圍。
團隊於12月11日公佈結果 天體物理學期刊通訊。他們解釋說，新數據有助於解釋行星密度低得驚人的原因，並對長期以來認為軌道距離恆星較近的相對較小的行星無法維持大氣層的觀點產生了懷疑。
極限軌道與超短期超級地球
TOI-561 b 的半徑約為地球的 1.4 倍，並在不到 11 小時內完成繞行一周，使其屬於罕見的超短週期系外行星之一。
它的主恆星比太陽稍小、溫度也稍低，但 TOI-561 b 圍繞它運行的距離非常近——不到一百萬英里，或者是水星與太陽之間距離的四十分之一——這幾乎肯定會阻止一側永久地看到這顆恆星。在這漫長的一天裡，氣溫預計將上升到遠遠超過典型岩石的熔點。
伯明翰大學的主要作者安賈利·皮耶特博士說：“為了解釋所有的觀察結果，我們需要一個豐富的揮發性大氣。強風會將熱量輸送到夜間，從而使白天降溫。”
“水蒸氣等氣體在穿過大氣層之前會吸收表面發出的某些波長的近紅外光。由於望遠鏡檢測到的光較少，行星看起來會更冷，但也可能存在明亮的矽酸鹽雲，通過反射星光來冷卻大氣。”
探索地球異常低的密度
研究人員對行星低密度的一種可能解釋是，TOI-561b 可能包含一個相對較小的鐵核以及由密度低於地球內部的岩石構成的地幔。
該研究的主要作者、卡內基科學地球與行星實驗室的研究科學家約翰娜·泰斯克（Johanna Teske）表示：“這顆行星真正與眾不同之處在於其異常低的密度。如果它的成分與地球類似，它的密度比你想像的要低。”
“TOI-561 b 在非常短週期的行星中是獨一無二的，因為它繞著一顆非常古老、貧鐵的恆星運行——它的年齡是太陽的兩倍——位於銀河系的一個被稱為厚盤的區域。它一定是在與我們太陽系中的行星非常不同的化學環境中形成的。”
因此，行星的形成可能類似於宇宙本身還相對年輕時形成的世界。
全球岩漿海洋上空有一層厚厚的大氣層
研究小組提出，TOI-561 b 可能被包裹在廣闊的大氣層中，使這顆行星看起來比其固體本身更大。儘管理論表明，在強烈的恆星輻射下持續數十億年的小行星應該會失去它們曾經擁有的氣體，但一些這樣的世界仍然顯示出裸露的岩石或暴露的熔岩的跡象。
研究人員使用韋伯的 NIRSpec（近紅外光譜儀）根據行星的近紅外發光來測量行星的白天溫度，發現了 TOI-561 bk 擁有大氣層的證據。該方法包括跟踪當行星移到恆星後面時恆星和行星組合系統的亮度下降情況。它類似於在 TRAPPIST-1 系統和其他岩石系外行星中搜索大氣層的技術。
如果 TOI-561 b 是一個純岩石表面，沒有大氣層將熱量傳導到夜間，那麼其被照亮的半球溫度應達到約 4,900 華氏度（2,700 攝氏度）。相反，NIRSpec 數據表明白天溫度接近 3,200 華氏度（1,800 攝氏度），仍然很熱，但明顯比預期涼爽。
測試熱傳輸和大氣場景
為了解釋這種低於預期的溫度，研究人員評估了幾種情況。全球岩漿海洋可以將一些熱量從白天轉移到夜間，但如果沒有大氣層，黑暗面將永遠凝固，限制了能量的重新分配。熔融表面上可能存在一層薄薄的岩石蒸氣，但這本身並不能提供足夠的冷卻來匹配觀測結果。
儘管韋伯的測量有力地支持了大氣層的存在，但仍然存在一個重要的謎團：一顆相對較小的行星在如此強烈的輻射轟擊下如何維持大氣層，尤其是看起來如此大的大氣層？
格羅寧根大學（荷蘭）的蒂姆·利希滕貝格說：“我們認為海洋岩漿和大氣之間存在平衡。當氣體從行星中被提取出來供給大氣時，海洋岩漿卻被向內吸。這顆行星必須比地球豐富得多才能解釋觀測結果。它真的就像一個熔岩球。”
韋伯對 TOI-561 b 的長期觀察及其更廣泛的作用
這些發現來自韋伯全球觀測站計劃 3860 的首批結果，該計劃在 TOI-561 b 繞其恆星運行近四圈時對系統進行了超過 37 小時的連續監測。該團隊目前正在詳細分析整個數據集，以了解整個星球的溫度變化情況，並更好地確定其大氣成分。
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡是世界領先的太空科學天文台。韋伯正在解開我們太陽系的奧秘，凝視其他恆星周圍的遙遠世界，並探索我們宇宙和我們所處位置的神秘結構和起源。韋伯是由 NASA 及其合作夥伴 ESA（歐洲航天局）和 CSA（加拿大航天局）領導的一項國際計劃。
