韦伯望远镜绘制首幅系外行星三维大气图，揭秘400光年超热木星

11月4日，天文学界传来重大突破——研究人员首次成功绘制出太阳系外行星的立体大气结构图，这颗名为WASP-18b的"超热木星"表面温度差异惊人，其中部分高温区域的炽热程度甚至足以将水分子分解为氢和氧。

这项由马里兰大学与康奈尔大学联合主导的研究，采用了NASA詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）采集的观测数据。科研团队创新性地运用"三维凌星测绘法"（又称光谱凌星测绘技术），对行星进行了经纬度与海拔维度的全方位成像。他们此前已基于同一组数据在2024年发布了二维版本的温度分布图。

马里兰大学天文学助理教授梅根·韦纳·曼斯菲尔德解释道："这项技术是目前唯一能同步探测行星纬度、经度和海拔的手段，让我们得以以前所未有的细节精度研究这些遥远天体。"

康奈尔大学天文学系博士后瑞安·查勒纳补充道："这种方法让我们能够为无法直接观测的系外行星成像，因为它们所属恒星的亮度形成了干扰。借助韦布望远镜和这一全新方法，我们终于能够像研究太阳系行星那样理解这些遥远世界。"

400光年外的“超热木星”

WASP-18b距离地球约400光年，质量相当于木星的10倍，公转周期仅23小时。其表面温度接近5000华氏度（约2760摄氏度），是典型的"超热木星"。得益于其高温高亮特性，该行星成为理想观测目标。

在最新研究中，团队利用韦布望远镜的近红外成像与无缝光谱仪（NIRISS）采集的多波段数据，重新解析了这颗行星的光变信息。不同波长的光线能穿透至大气不同深度，反映出各海拔层的温度梯度。通过叠加这些多层次数据，研究人员构建出精细的三维温度分布图。

查勒纳阐述道："当使用水分子吸收的波段成像时，可以观测大气中水蒸气的分布层次；而改用非吸收波段，则能探测更深处的大气结构。将两者结合，我们就能获得完整的三维温度图谱。"

高温可“蒸发”水蒸气

研究发现，由于潮汐锁定效应，这颗行星始终以同一半球面向恒星，导致其白昼面温度分布极不均匀。最中心的区域形成了显著的高温热点，环绕其周围的则是相对凉爽的环状地带。大气流动似乎过于微弱，无法有效扩散热量。

光谱数据显示，热点区域内的水汽含量显著低于整体平均值。曼斯菲尔德指出："我们曾在多个行星群体中观察到这种趋势——温度较低的行星含有更多水蒸气，而更热的行星则严重缺水。但这是首次在同一颗行星上清晰观察到这种差异：较冷区域仍保留着水汽，而较热区域的水分子则被高温分解。这一现象虽早被理论预测，但如今我们首次在观测中得以证实。"

拓展至更多“热木星”与岩质行星

研究团队表示，后续的韦布望远镜观测将有助于提升三维测绘的空间分辨率。曼斯菲尔德计划将该技术应用于更多"热木星"，这类行星在已确认的6000多颗系外行星中占有数百颗之多。

她还希望尝试将其应用于更小体型、类似地球的岩质行星研究。"能够以如此高的精度绘制另一颗行星的温度分布，令人倍感振奋。未来我们甚至可以在无大气的行星上应用这项技术，通过测绘其表面温度来推测组成成分。虽然WASP-18b的观测结果与预测较为吻合，但我相信我们将有机会观察到许多此前无法想象的现象。"