约700光年外巨行星新观察：“早晨多云、晚上放晴”

仰望星空时，我们或许会想象那些遥远行星上的景象。最近，《科学》杂志上的一项新研究，为我们揭示了一颗名为WASP-94A b的系外气态巨行星上颇为有趣的天气模式：它的早晨多云，而傍晚则相对晴朗。

这颗行星位于大熊座方向，距离我们大约690到700光年。它的质量约为木星的一半，但轨道极其靠近其母恒星，公转半径只有0.055个天文单位，以至于它绕恒星一周仅需大约4天时间。

图源：美国宇航局

“晨昏线”上的天气差异

这项由约翰斯·霍普金斯大学天体物理学家Sagnick Mukherjee领导的研究发现，WASP-94A b存在明显的“早晚天气差”。这颗行星是潮汐锁定的，这意味着它永远以同一面朝向恒星，形成了永久的昼半球和夜半球。研究团队发现，以晨昏线为界，行星的晨侧（从黑夜转入白昼的一侧）多云，而昏侧（从白昼转入黑夜的一侧）则更为晴朗。

过去，科学家研究这类系外行星的大气，主要依赖透射光谱法。简单来说，就是在行星从恒星前方经过（凌星）时，分析恒星光穿过行星大气边缘后留下的光谱“指纹”，从而推断其中是否存在水蒸气等成分。

但这种方法存在一个默认前提：它假设行星整个边缘环带的大气性质是均匀的。对于WASP-94A b这样被潮汐锁定的“热木星”来说，这个前提可能过于简单了。因为它们昼夜两侧温差极大，这会驱动强烈的赤道风，将物质从一侧吹向另一侧，导致大气在晨昏线两侧并不对称。

韦布望远镜的精细观测

为了捕捉这种差异，研究人员动用了詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）的强大设备——近红外成像与无缝光谱仪（NIRISS）。他们在WASP-94A b凌星时，精确测量了其光变曲线，并成功分离出了分别对应于晨侧和昏侧的两套透射光谱数据。

结果对比鲜明：晨侧的光谱看起来像一条向短波方向上升的斜线，这表明高空存在气溶胶（可以理解为云或霾），遮挡了更深层大气的信号；而在昏侧的光谱中，则几乎看不到明显的气溶胶特征，反而清晰地探测到了水蒸气的信号。

风云变幻的幕后推手

那么，这种奇特的“东边云雨西边晴”是如何形成的呢？研究团队通过建模给出了一个合理的解释。

这颗行星的平均温度超过1500开尔文（约1226.85摄氏度），而昏侧的温度比晨侧还要高出约450开尔文（约176.8摄氏度）。如此高的温差，足以让铁或硅酸镁等可能形成云滴的物质在温度更高的一侧蒸发。

据此，科学家们勾勒出了这样一幅动态图景：在温度相对较低的夜半球，云滴首先凝结形成。随后，它们被高速的赤道风裹挟着，吹向晨侧（即从黑夜转入白昼的一侧）。当这些云滴随着风进入白昼高温区，便开始逐渐蒸发消散。等到这股风抵达昏侧（即从白昼转入黑夜的一侧）时，云滴已基本蒸发殆尽，天空也就变得晴朗了。

这项研究的意义不仅在于揭示了一颗行星的天气。研究团队指出，这种因潮汐锁定和大气环流导致的晨昏差异，很可能普遍存在于其他类似的系外行星上，包括更小的亚海王星和超级地球。只不过，以目前JWST的观测能力，科学家还难以直接分辨这些更小、更暗行星的晨昏两侧细节。随着观测技术的持续进步，我们或许将看到更多遥远世界的“天气预报”。