從金屬風暴到噴射氣流：首次3D透視外星大氣層

天文學家透過首次繪製系外行星大氣層的3D結構，開拓了探索外星世界的新方式。利用歐洲南方天文臺（ESO）的「甚大望遠鏡」（VLT），他們發現了極端風暴將鐵和鈦帶入超熱氣體巨星WASP-121b的天空。這顆行星的噴射氣流形成了一種前所未見的氣候，其劇烈的風暴甚至讓太陽系中最狂野的颶風都顯得溫和。這些發現標誌著對系外行星天氣理解的重大飛躍，並暗示未來望遠鏡可能揭示更多類地行星的奧秘。

研究團隊首次繪製了系外行星大氣層的3D結構，揭示了攜帶鐵和鈦等元素的強大風暴。透過ESO的VLT所有四個望遠鏡單元的結合，研究人員揭示了塑造行星天空的複雜天氣模式。這項突破為更詳細研究遙遠世界的大氣組成和氣候鋪平了道路。

這顆行星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。ESO研究員兼研究主要作者Julia Victoria Seidel表示：「這感覺像是科幻小說中的情節。」這項研究發表於《自然》期刊。

WASP-121b（又稱Tylos）位於船尾座，距離地球約900光年。它是一顆超熱木星，這類氣體巨星與其恆星的距離極近，導致其一年的時間僅為30個地球小時。行星的一面永久暴露於恆星，達到極端高溫，而另一面則保持較低溫度。

研究團隊深入探測了Tylos的大氣層，揭示了不同層次的風暴，繪製了大氣層的3D結構圖。這是天文學家首次能夠如此深入和詳細地研究太陽系外行星的大氣層。

Seidel指出：「我們發現了一個噴射氣流繞行星赤道旋轉，而大氣層下層的另一股氣流則將氣體從熱面帶到冷麵。這種氣候在任何行星上都是前所未見的。」觀測到的噴射氣流橫跨行星的一半，在穿越Tylos熱面時加速並劇烈攪動高空大氣。她補充道：「即使是太陽系中最強的颶風與之相比也顯得平靜。」

為了揭示系外行星大氣層的3D結構，研究團隊使用ESO VLT上的ESPRESSO儀器，將其四個大型望遠鏡單元的光線結合為單一訊號。這種結合模式使VLT收集的光線量是單個望遠鏡單元的四倍，揭示了更微弱的細節。透過觀察行星在其主恆星前的一次完整凌日，ESPRESSO能夠檢測多種化學元素的特徵，從而探測大氣層的不同層次。

研究共同作者Leonardo A. dos Santos表示：「VLT讓我們能夠一舉探測系外行星大氣層的三個不同層次。」團隊追蹤了鐵、鈉和氫的運動，使他們能夠分別描繪行星大氣層深層、中層和淺層的風暴。他補充道：「這種觀測對太空望遠鏡來說非常具有挑戰性，凸顯了地面觀測系外行星的重要性。」

有趣的是，觀測還揭示了噴射氣流下方存在鈦，這在另一篇發表於《天文與天體物理學》期刊的伴隨研究中被強調。這是一個意外發現，因為先前對這顆行星的觀測並未顯示出這種元素的存在，可能是因為它隱藏在大氣層深處。

伴隨研究的主要作者Bibiana Prinoth表示：「能夠在如此遙遠的距離上研究行星的化學組成和天氣模式，真是令人驚嘆。」然而，要揭示較小類地行星的大氣層，需要更大的望遠鏡，例如ESO正在智利阿塔卡馬沙漠建造的「極大望遠鏡」（ELT）及其ANDES儀器。Prinoth表示：「ELT將成為研究系外行星大氣層的遊戲規則改變者。這次經驗讓我感覺我們正處於揭開我們現在只能夢想的驚人事物的邊緣。」