氣態巨行星上居然有水冰云？

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翻譯：王婧彧

校對：申振宇 劉海牧

審閱：李宜驊

美編：李鳴晨

后臺：李子琦

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

天文學家剛剛在一顆遙遠的類木行星上發現了出乎意料的冰云——這正在重塑我們研究外星世界的方式。圖片來源：Shutterstock

天文學家在一顆遙遠的氣態巨行星上發現了令人驚訝的現象：水冰云。這一發現由馬克斯·普朗克天文研究所（MPIA）伊麗莎白·馬修斯領導的團隊完成，它挑戰了許多關于系外行星大氣行為的現有模型。這顆被稱為Epsilon Indi Ab的行星類似于木星，但其大氣比預期更加復雜。本研究所采用的觀測方法也標志著朝著長期目標——尋找和研究類地行星——邁出了重要一步。

對太陽系外行星的探索已經持續了數十年。科學家最終希望能夠在遙遠的世界上探測到生命跡象，這可能在未來幾十年內實現。早期的努力（從1995年至大約2022年）主要集中在發現新的系外行星上。研究人員依賴間接技術來揭示行星的質量、大小，或兩者兼而有之。

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

最新研究進一步推進了這些技術，盡管目前尚未以類地行星為目標。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：“JWST終于使我們能夠詳細研究類似太陽系的行星。如果我們是幾光年之外的外星人回望太陽，那么JWST將是第一臺可以詳細研究木星的望遠鏡。不過，要詳細研究地球，我們還需要更先進得多的望遠鏡。”

為什么類木系外行星難以研究

盡管JWST能力強大，但研究類似木星的行星仍然很困難。迄今為止觀測到的大多數氣態巨行星都比木星更熱。這是因為研究系外行星大氣的最常見方法需要行星從地球視角經過其恒星前方。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，馬修斯及其團隊采用了不同的方法。他們的工作提供了迄今為止對真正類木行星最接近的觀測之一，并揭示了一個意想不到的特征。

該團隊使用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：“這顆行星的質量遠大于木星——新研究將其質量確定為7.6倍木星質量——但其直徑與太陽系中的木星大致相同。”

一個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距離的四倍。其母恒星比太陽稍小且更冷，這使得該行星溫度相對較低。其表面溫度估計在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。科學家認為這種額外的熱量來自行星形成時殘留的熱能。經過數十億年，Epsilon Indi Ab預計會逐漸冷卻，并最終變得比木星更冷。

為了觀測該行星，天文學家使用MIRI儀器上的日冕儀遮擋來自母恒星的強光，從而探測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，該波長略高于與氨分子NH3相關的波段。通過將這些觀測結果與2024年在10.6微米拍攝的早期圖像進行比較，團隊能夠估算出氨的含量。（順便一提，用于放置日冕儀的機械濾輪以及MIRI相機前的濾光片均由MPIA制造，這是德國對JWST的貢獻之一。）

證據指向水冰云

在木星的大氣中，氨氣和氨云主導了可見的高層結構。根據其特性，原本預計Epsilon Indi Ab也會含有大量氨氣，但不會形成氨云。然而觀測結果顯示，其氨含量低于預測。

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——這是一個出乎意料的復雜因素。

天文學家通常通過將觀測數據與行星大氣的計算機模型進行比較來解釋這些數據。然而，許多現有模型并未包含云層，因為它們難以模擬。這一發現凸顯了改進這些模型的必要性。研究合著者詹姆斯·芒（德克薩斯大學奧斯汀分校）表示：“這是一個‘美好的問題’，說明在JWST的幫助下我們取得了巨大進展。曾經看似無法探測的現象如今觸手可及，使我們能夠探測這些大氣的結構，包括云層的存在。這揭示了新的復雜層次，而我們的模型正開始捕捉這些特征，并為更詳細地刻畫這些寒冷遙遠的世界打開了大門。”

展望未來的望遠鏡

未來的觀測可能會提供更清晰的云層圖像。美國宇航局的南希·格雷斯·羅曼空間望遠鏡（MPIA為合作方）預計將在2026至2027年發射，非常適合直接探測反射性的水冰云。

與此同時，馬修斯及其同事正在爭取更多JWST觀測時間，以研究更多寒冷的類木行星。隨著研究人員不斷完善技術

責任編輯：楊伯順

牧夫新媒體編輯部

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地球云圖

圖片來源：網絡

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