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翻譯：王婧彧

校對(duì)：申振宇 劉海牧

審閱：李宜驊

美編：李鳴晨

后臺(tái)：李子琦

原文鏈接：https://www.sciencedaily.com/releases/2026/04/260422044618.htm

天文學(xué)家剛剛在一顆遙遠(yuǎn)的類木行星上發(fā)現(xiàn)了出乎意料的冰云——這正在重塑我們研究外星世界的方式。圖片來(lái)源：Shutterstock

天文學(xué)家在一顆遙遠(yuǎn)的氣態(tài)巨行星上發(fā)現(xiàn)了令人驚訝的現(xiàn)象：水冰云。這一發(fā)現(xiàn)由馬克斯·普朗克天文研究所（MPIA）伊麗莎白·馬修斯領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)完成，它挑戰(zhàn)了許多關(guān)于系外行星大氣行為的現(xiàn)有模型。這顆被稱為Epsilon Indi Ab的行星類似于木星，但其大氣比預(yù)期更加復(fù)雜。本研究所采用的觀測(cè)方法也標(biāo)志著朝著長(zhǎng)期目標(biāo)——尋找和研究類地行星——邁出了重要一步。

對(duì)太陽(yáng)系外行星的探索已經(jīng)持續(xù)了數(shù)十年?？茖W(xué)家最終希望能夠在遙遠(yuǎn)的世界上探測(cè)到生命跡象，這可能在未來(lái)幾十年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。早期的努力（從1995年至大約2022年）主要集中在發(fā)現(xiàn)新的系外行星上。研究人員依賴間接技術(shù)來(lái)揭示行星的質(zhì)量、大小，或兩者兼而有之。

2022年詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）的發(fā)射標(biāo)志著一個(gè)新階段的開始。天文學(xué)家首次能夠詳細(xì)研究許多系外行星的大氣，從而深入了解它們的成分和結(jié)構(gòu)。盡管如此，這一階段仍然距離直接尋找生命還有一步之遙，這很可能需要未來(lái)更先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡。

最新研究進(jìn)一步推進(jìn)了這些技術(shù)，盡管目前尚未以類地行星為目標(biāo)。該研究的第一作者伊麗莎白·馬修斯（馬克斯·普朗克天文研究所）解釋說(shuō)：“JWST終于使我們能夠詳細(xì)研究類似太陽(yáng)系的行星。如果我們是幾光年之外的外星人回望太陽(yáng)，那么JWST將是第一臺(tái)可以詳細(xì)研究木星的望遠(yuǎn)鏡。不過(guò)，要詳細(xì)研究地球，我們還需要更先進(jìn)得多的望遠(yuǎn)鏡?！?/p>

為什么類木系外行星難以研究

盡管JWST能力強(qiáng)大，但研究類似木星的行星仍然很困難。迄今為止觀測(cè)到的大多數(shù)氣態(tài)巨行星都比木星更熱。這是因?yàn)檠芯肯低庑行谴髿獾淖畛Ｒ姺椒ㄐ枰行菑牡厍蛞暯墙?jīng)過(guò)其恒星前方。距離恒星更近的行星更容易形成這種排列，但它們的溫度也更高。

為了克服這一限制，馬修斯及其團(tuán)隊(duì)采用了不同的方法。他們的工作提供了迄今為止對(duì)真正類木行星最接近的觀測(cè)之一，并揭示了一個(gè)意想不到的特征。

該團(tuán)隊(duì)使用JWST的中紅外儀器MIRI直接拍攝了Epsilon Indi Ab。這顆行星圍繞南天印第安座中的恒星Epsilon Indi A運(yùn)行。參與研究的MPIA博士生巴維什·拉杰普特表示：“這顆行星的質(zhì)量遠(yuǎn)大于木星——新研究將其質(zhì)量確定為7.6倍木星質(zhì)量——但其直徑與太陽(yáng)系中的木星大致相同?！?/p>

一個(gè)仍保留余熱的寒冷巨行星

Epsilon Indi Ab與其恒星的距離大約是木星與太陽(yáng)距離的四倍。其母恒星比太陽(yáng)稍小且更冷，這使得該行星溫度相對(duì)較低。其表面溫度估計(jì)在200至300開爾文之間（約為-70至+20攝氏度）。

盡管如此，該行星仍比溫度約為140開爾文的木星更溫暖?？茖W(xué)家認(rèn)為這種額外的熱量來(lái)自行星形成時(shí)殘留的熱能。經(jīng)過(guò)數(shù)十億年，Epsilon Indi Ab預(yù)計(jì)會(huì)逐漸冷卻，并最終變得比木星更冷。

為了觀測(cè)該行星，天文學(xué)家使用MIRI儀器上的日冕儀遮擋來(lái)自母恒星的強(qiáng)光，從而探測(cè)到行星本身微弱的光輝。他們使用11.3微米濾光片拍攝圖像，該波長(zhǎng)略高于與氨分子NH3相關(guān)的波段。通過(guò)將這些觀測(cè)結(jié)果與2024年在10.6微米拍攝的早期圖像進(jìn)行比較，團(tuán)隊(duì)能夠估算出氨的含量。（順便一提，用于放置日冕儀的機(jī)械濾輪以及MIRI相機(jī)前的濾光片均由MPIA制造，這是德國(guó)對(duì)JWST的貢獻(xiàn)之一。）

證據(jù)指向水冰云

在木星的大氣中，氨氣和氨云主導(dǎo)了可見的高層結(jié)構(gòu)。根據(jù)其特性，原本預(yù)計(jì)Epsilon Indi Ab也會(huì)含有大量氨氣，但不會(huì)形成氨云。然而觀測(cè)結(jié)果顯示，其氨含量低于預(yù)測(cè)。

最可能的解釋是存在厚但不均勻的水冰云，類似于地球高空的卷云——這是一個(gè)出乎意料的復(fù)雜因素。

天文學(xué)家通常通過(guò)將觀測(cè)數(shù)據(jù)與行星大氣的計(jì)算機(jī)模型進(jìn)行比較來(lái)解釋這些數(shù)據(jù)。然而，許多現(xiàn)有模型并未包含云層，因?yàn)樗鼈冸y以模擬。這一發(fā)現(xiàn)凸顯了改進(jìn)這些模型的必要性。研究合著者詹姆斯·芒（德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校）表示：“這是一個(gè)‘美好的問(wèn)題’，說(shuō)明在JWST的幫助下我們?nèi)〉昧司薮筮M(jìn)展。曾經(jīng)看似無(wú)法探測(cè)的現(xiàn)象如今觸手可及，使我們能夠探測(cè)這些大氣的結(jié)構(gòu)，包括云層的存在。這揭示了新的復(fù)雜層次，而我們的模型正開始捕捉這些特征，并為更詳細(xì)地刻畫這些寒冷遙遠(yuǎn)的世界打開了大門?！?/p>

展望未來(lái)的望遠(yuǎn)鏡

未來(lái)的觀測(cè)可能會(huì)提供更清晰的云層圖像。美國(guó)宇航局的南?！じ窭姿埂ち_曼空間望遠(yuǎn)鏡（MPIA為合作方）預(yù)計(jì)將在2026至2027年發(fā)射，非常適合直接探測(cè)反射性的水冰云。

與此同時(shí)，馬修斯及其同事正在爭(zhēng)取更多JWST觀測(cè)時(shí)間，以研究更多寒冷的類木行星。隨著研究人員不斷完善技術(shù)

責(zé)任編輯：楊伯順

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