揭開WASP-121b大氣層的神秘面紗：3D結構首次曝光

超熱木星（Ultrahot Jupiters）是太陽系中未曾出現的極端行星型別，它們為我們提供了研究大氣過程的獨特視窗。歐洲南方天文臺（ESO）的甚大望遠鏡（VLT）的四個單元，讓天文學家得以深入探測超熱木星系外行星WASP-121b的大氣層，並揭示其不同層次中的強勁氣流，繪製出大氣層的3D結構圖。

WASP-121b是一顆氣態巨行星，體積是木星的1.87倍，質量則是木星的1.18倍。這顆系外行星於2016年首次被發現，其母星為F6型恆星WASP-121（TYC 7630-352-1），WASP-121b僅需1.3天即可繞其母星公轉一圈。WASP-121系統位於船尾座，距離地球約881光年。

WASP-121b被歸類為「超熱木星」，其表面溫度估計高達攝氏2,500度（華氏4,600度），足以讓某些金屬沸騰。由於它與母星的距離極近，若再靠近一些，母星的引力便可能將其撕裂。

ESO與蔚藍海岸天文臺拉格朗日實驗室的天文學家Julia Victoria Seidel博士表示：「WASP-121b的大氣行為挑戰了我們對天氣運作的理解，不僅是地球，而是所有行星。這感覺就像是科幻小說中的情節。」

研究團隊發現，WASP-121b的赤道附近有一股噴流，將物質環繞行星運轉，而大氣層低層則有另一股氣流將氣體從熱側輸送到冷側。這種氣候模式在以往的行星觀測中從未出現過。這股噴流橫跨行星的一半，當其穿越WASP-121b的熱側時，速度加快並劇烈攪動高空大氣。相較之下，太陽系中最強烈的颶風也顯得平靜。

為揭開WASP-121b大氣層的3D結構，Seidel博士及其團隊利用VLT上的ESPRESSO儀器，將四個望遠鏡單元的光線合併為單一訊號。這種合併模式讓VLT收集到的光線是單一望遠鏡的四倍，從而揭示更多微弱細節。透過觀測WASP-121b在其母星前的一次完整凌日，ESPRESSO得以檢測到多種化學元素的特徵，並探測大氣層的不同層次。

太空望遠鏡科學研究所的天文學家Leonardo A. dos Santos博士指出：「VLT讓我們能夠一舉探測系外行星大氣層的三個不同層次。」研究團隊追蹤了鐵、鈉和氫的運動，分別描繪出行星大氣層深層、中層和淺層的風向。

有趣的是，觀測還揭示了噴流下方存在鈦元素，這是一個意外的發現，因為之前的觀測並未檢測到這種元素，可能是因為它隱藏在大氣層深處。隆德大學的博士生Bibiana Prinoth表示：「我們能夠研究如此遙遠行星的化學成分和天氣模式，這真是令人驚嘆。」

這項研究不僅展示了地面望遠鏡在系外行星觀測中的重要性，也為未來探索其他極端行星的大氣層提供了新的方向。

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J.V. Seidel et al. Vertical structure of an exoplanet's atmospheric jet stream. Nature, published online February 18, 2025; doi: 10.1038/s41586-025-08664-1