韋伯望遠鏡捕捉到「流浪行星」 大氣層如蛋糕般分層

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）近日發現了一顆在銀河系中獨自漫遊的「流浪行星」，這顆行星的大氣層中佈滿了鐵和鎂礦物組成的雲層。研究人員利用韋伯望遠鏡，首次對這顆類似系外行星的天體進行了天氣報告，結果顯示其大氣層中存在雲團、碳化合物以及高海拔的極光。

這項研究成果於3月3日發表在《天體物理學期刊通訊》上，揭示了這顆天體擁有一個複雜的分層大氣結構。地球的大氣主要由氮氣和氧氣組成，但太陽系中的其他行星大氣卻大不相同。例如，金星的大氣比地球更濃厚，且充滿了硫酸。這種大氣多樣性在太陽系外的行星中也得到了觀察：有些系外行星的大氣中充滿了水蒸氣，而另一些則有超熱的沙雲。

研究人員將韋伯望遠鏡對準了一個名為SIMP 0136+0933的神秘天體，以進一步瞭解其大氣層。該研究的首席作者、波士頓大學天文學系研究生艾莉森·麥卡錫表示，這顆天體的身份仍然模糊不清。「它並不是傳統意義上的行星，因為它不圍繞任何恆星執行，」她在給《Live Science》的電子郵件中寫道。此外，它的質量也比典型的棕矮星（所謂的「失敗恆星」）要低。

SIMP 0136+0933位於船底座星雲，距離地球約20光年，自轉週期為2.4小時。由於它是北半球最亮的自由漂浮行星質量天體，且遠離可能幹擾觀測的恆星，因此已被NASA的史匹哲太空望遠鏡等裝置直接拍攝到。這些觀測顯示，SIMP 0136+0933的大氣層具有異常的變化性，電磁波譜的紅外區域（人類感知為熱量）存在波動，但造成這種變化的物理現象仍未知。

為瞭解開這些謎團，麥卡錫和她的團隊利用韋伯望遠鏡的近紅外光譜儀，測量了SIMP 0136+0933發射的短波輻射強度。他們在2023年7月23日收集了約6,000組資料，涵蓋了整個天體。隨後，他們又使用望遠鏡的中紅外儀器，對更長的波長進行了重複測量。

研究人員隨後繪製了光變曲線，以顯示紅外輻射的「亮度」（或強度）如何隨時間變化。這些曲線顯示，不同波長的行為各不相同：某些波長在某個時間點會變亮，另一些則變暗，還有一些保持不變。儘管如此，研究人員發現這些光變曲線形成了三個叢集，每個叢集都有特定的形狀，儘管略有變化。

相似的光變曲線形狀表明，這些變化是由相似的大氣機制引起的。為瞭解釋這些機制，研究人員建立了SIMP 0136+0933的大氣模型。他們推測，第一個波長叢集來自低層的鐵雲，第二個叢集則來自高層的鎂礦物雲（如鎂橄欖石）。這些雲層可能是斑塊狀的，這可能導致了波長叢集曲線的某些變化。

然而，雲層無法解釋第三個波長叢集，這似乎來自更高的大氣層。研究人員認為，這種輻射來自「熱點」，即大氣中的熱區，可能由無線電極光引起。這些無線電極光類似於地球的北極光，但位於無線電波長範圍內。

即便如此，這些模型仍無法解釋所有觀測結果，例如為什麼第一個叢集的曲線形狀如此多樣。研究人員提出，大氣中的碳基化學物質（如一氧化碳）團塊可能是原因，它們在某些波長和時間吸收輻射。

「雖然這些變化機制曾被假設過，但這是我們首次在SIMP 0136的大氣中直接觀察到它們，」麥卡錫說。然而，幾個小時的觀測並不足以長期瞭解SIMP 0136+0933的大氣。為此，研究人員需要對該天體進行數天的研究，可能使用預計於2027年發射的NASA南希·格雷斯·羅曼太空望遠鏡。