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韦伯太空望远镜绘制了280光年外热气体巨型系外行星WASP
发布时间：2025-04-28 07:23:56 来源：剔透玲珑网 作者：知识
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（神秘的韦伯望远外行地球uux.cn）据美国宇航局（韦伯任务团队）：一个国际研究小组成功地使用美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜绘制了热气体巨型系外行星WASP-43b的天气图。
在宽光谱的太空体巨中红外光上进行的精确亮度测量，再加上3D气候模型和其他望远镜先前的镜绘观测，表明夜晚有厚厚的制光高云覆盖，白天天空晴朗，年外赤道风时速超过5000英里，热气混合着地球周围的型系星大气气体。
这项调查只是韦伯望远外行对系外行星科学的最新证明，韦布具有测量温度变化和探测数万亿英里外大气气体的太空体巨非凡能力。
图片：热气巨型外行星WASP-43b（艺术家概念）
这个艺术家的概念展示了热气体巨型系外行星WASP-43b的样子。WASP-43b是制光一颗木星大小的行星，距离地球约280光年，年外位于塞克斯坦星座。热气这颗行星绕恒星运行约130万英里，型系星在约19.5小时内完成一圈。韦伯望远外行因为它离恒星如此之近，WASP-43b可能是潮汐锁定的：它的自转速率和轨道周期是相同的，因此一侧始终面向恒星。图像：uux.cn/NASA、ESA、CSA、Ralf Crawford（STScI）
潮汐锁定的“热木星”
WASP-43b是一颗“热木星”类型的系外行星：大小与木星相似，主要由氢和氦组成，比我们太阳系中的任何一颗巨行星都热得多。尽管WASP-43b的恒星比太阳更小、更冷，但它的轨道距离只有130万英里，不到水星和太阳距离的1/25。
由于轨道如此狭窄，这颗行星被潮汐锁定，一侧持续发光，另一侧永远处于黑暗之中。尽管夜侧从未接收到来自恒星的任何直接辐射，但强烈的东风将热量从白天输送到周围。
自2011年发现以来，WASP-43b已经被许多望远镜观测到，包括美国国家航空航天局的哈勃望远镜和现已退役的斯皮策太空望远镜。
湾区环境研究所研究员、今天发表在《自然天文学》上的一项研究的主要作者泰勒·贝尔解释道：“使用哈勃望远镜，我们可以清楚地看到白天有水蒸气。哈勃和斯皮策都认为夜晚可能有云。”。“但我们需要韦布进行更精确的测量，才能真正开始绘制地球周围的温度、云量、风和更详细的大气成分图。”
绘制温度图和推断天气
尽管WASP-43b太小、太暗、离恒星太近，望远镜无法直接看到，但它只有19.5小时的短轨道周期使其成为相位曲线光谱的理想选择，这项技术涉及测量恒星绕恒星运行时恒星-行星系统亮度的微小变化。
由于物体发出的中红外光的数量在很大程度上取决于它的温度，因此韦布捕捉到的亮度数据可以用来计算行星的温度。
图片：热气巨外行星WASP-43b（MIRI相位曲线）
这条相位曲线由美国国家航空航天局詹姆斯·韦伯太空望远镜上的MIRI低分辨率光谱仪捕捉到，显示了WASP-43系统的亮度随时间的变化，因为该行星围绕其恒星运行。当行星炎热的白天面向望远镜时，就在它经过恒星后面前后，该系统看起来最亮。随着行星继续运行，夜晚旋转进入视野，系统变得越来越暗。当白天旋转回到视野中时，它在经过恒星前方后再次变亮。WASP-43b是一颗热木星，距离地球约280光年，位于塞克斯坦星座。图片：uux.cn科学：Taylor J.Bell（BAERI）；乔安娜·巴斯托（开放大学）；Michael Roman（莱斯特大学）平面设计：NASA、ESA、CSA、Ralf Crawford（STScI）
该团队使用Webb的MIRI（中红外仪器）每10秒测量一次WASP-43系统的光线，持续时间超过24小时。贝尔解释道：“通过对整个轨道进行观测，我们能够计算出行星旋转进入视野时不同侧面的温度。”。“据此，我们可以绘制出一张地球温度的粗略地图。”
测量结果显示，白天的平均温度接近2300华氏度（1250摄氏度），足以打铁。与此同时，夜晚的温度在1100华氏度（600摄氏度）时明显较冷。这些数据还有助于定位行星上最热的点（“热点”），该点从接收到最多恒星辐射的点向东移动，恒星在行星的天空中最高。这种转变的发生是因为超音速风将加热的空气向东移动。
英国莱斯特大学的合著者迈克尔·罗曼说：“我们可以用这种方式绘制温度图，这确实证明了韦布的敏感性和稳定性。”。
为了解释这张地图，该团队使用了复杂的3D大气模型，就像那些用来了解地球上天气和气候的模型一样。分析表明，夜晚可能被厚厚的云层覆盖，这阻止了一些红外光逃逸到太空。因此，夜晚虽然很热，但看起来比没有云的时候更昏暗、更凉爽。
图片：热气巨外行星WASP-43b（温度图）
标题为“热气巨外行星WASP-43 b：温度图；MIRI低分辨率光谱”的图片显示了该行星望远镜在4个轨道位置面向半球的紫色到黄色温度图。箭头指向逆时针方向的灰色线形成了围绕恒星的轨道。左下角的温标，以°F和K为单位，等级从左边的紫色到右边的黄色：1000°F为紫色；1500°F粉红色；2000°F橙色；2500°F黄色。1000 K深粉红色。1500 K橙黄色。这颗恒星后面的行星，被标记为“永久日侧”：半球中心为黄色，边缘为橙色。恒星左边的行星：颜色从面对恒星的右边边缘的黄色到面对恒星的左边边缘的紫色。这颗位于恒星前方的行星，被标记为“永久夜边”，在中心偏右的地方是紫色的，边缘渐变为深粉红色。恒星右边的行星：颜色从面对恒星的左边边缘的黄色到面对恒星的右边边缘的紫色。这组地图显示了热气巨星系外行星WASP-43b绕恒星运行时可见侧的温度。这颗行星的白天在经过恒星后面前后都是可见的。这些温度是根据美国国家航空航天局詹姆斯·韦伯太空望远镜上的MIRI（中红外仪器）从恒星-行星系统探测到的8000多个5至12微米中红外光的亮度测量值计算得出的。一般来说，物体越热，发出的中红外光就越多。图片：uux.cn科学：Taylor J.Bell（BAERI）；乔安娜·巴斯托（开放大学）；Michael Roman（莱斯特大学）平面设计：NASA、ESA、CSA、Ralf Crawford（STScI）
甲烷缺失和大风
韦布捕捉到的宽光谱中红外光也使测量地球周围的水蒸气（H2O）和甲烷（CH4）的数量成为可能。英国开放大学的合著者Joanna Barstow说：“Webb给了我们一个机会，让我们能够准确地找出我们看到的分子，并对其丰度进行一些限制。”。
光谱显示，地球的夜晚和白天都有明显的水蒸气迹象，这提供了关于云层厚度和在大气中延伸高度的额外信息。
令人惊讶的是，数据还显示大气中任何地方都明显缺乏甲烷。尽管白天太热，甲烷不可能存在（大部分碳应该以一氧化碳的形式存在），但甲烷应该是稳定的，在凉爽的夜晚可以检测到。
巴斯托解释说：“我们没有看到甲烷，这一事实告诉我们，WASP-43b的风速必须达到每小时5000英里左右。”。“如果风足够快地将气体从白天吹到夜晚，然后再吹回来，那么预期的化学反应就没有足够的时间在夜晚产生可检测到的甲烷。”
该团队认为，由于这种风力驱动的混合，行星周围的大气化学成分是相同的，这在过去哈勃和斯皮策望远镜的研究中并不明显。
对WASP-43b的MIRI观测是作为韦布早期释放科学计划的一部分进行的，该计划为研究人员提供了一系列强大的开放获取数据，用于研究广泛的宇宙现象。詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的空间科学天文台。韦布正在解开我们太阳系的奥秘，展望其他恒星周围的遥远世界，探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。韦布是由美国国家航空航天局及其合作伙伴欧空局和加拿大航天局领导的一个国际项目。
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