一項利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）數據的新研究幫助科學家們進一步了解了遙遠行星WASP-121b的形成過程。這項研究由天文學家托馬斯·埃文斯-索瑪和西里爾·加普領導，重點研究了該行星大氣中的關鍵分子，以更好地了解其歷史及其在太空中的運動。

WASP-121b是一顆溫度極高的氣態巨行星，它被鎖定在一條緊密環繞其恒星的軌道上——如此近的距離，以至于它只需30.5小時就能完成一次完整的公轉。這顆行星的一側始終面向恒星，溫度超過3000攝氏度；而另一側則永遠處于黑暗之中，溫度約為1500攝氏度。

利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的近紅外光譜儀 (NIRSpec)，研究團隊探測到了水蒸氣 (H?O)、一氧化碳 (CO)、一氧化硅 (SiO) 和甲烷 (CH?)。這些信號非常強；水的顯著性值在 5.5–13.5σ 處被發現，一氧化碳的顯著性值在 10.8–12.8σ 處被發現，二氧化硅的顯著性值在 5.7–6.2σ 處被發現，而背側的甲烷的顯著性值在 3.1–5.1σ 處被發現。

有趣的是，研究人員發現了難熔元素（通常在高溫下保持固態的物質，例如硅、鐵和鎂）和揮發性物質（例如水和甲烷）。通常，由于它們的信號出現在光譜的不同部分，很難一次性檢測到它們。埃文斯-索瑪解釋說：“日照面的溫度足夠高，難熔物質——通常是耐高溫的固體化合物——可以作為行星大氣的氣態成分存在。”

這幅藝術概念圖展示了WASP-121b如何繞其主恒星運行。

通過將探測到的元素與行星母恒星的成分進行比較，研究團隊發現該行星的碳、氧和硅含量高于預期。這些高于恒星的數值——被稱為超恒星豐度——表明該行星是通過聚集富含氣體的卵石和巖石行星而形成的。Gapp表示：“氣態物質比液態和固態物質更容易識別。由于許多化合物都以氣態形式存在，天文學家將WASP-121b用作天然實驗室，以探測行星大氣的特性。”

這顆行星可能形成于其原始氣塵盤較冷的區域——距離足夠遠，足以讓水保持冰凍狀態，但又足夠溫暖，足以讓甲烷變成氣體。這種環境類似于我們太陽系中木星和天王星之間的區域。后來，這顆行星很可能更靠近其恒星。

另一個令人驚訝的發現是背陰面的甲烷。根據已知模型，甲烷不應該大量存在，因為來自炎熱背陰面的空氣應該會迅速與較冷的背陰面混合，并分解甲烷。但埃文斯-索瑪表示：“這挑戰了系外行星動力學模型，這些模型可能需要進行調整，才能重現我們在WASP-121b背陰面發現的強烈垂直混合現象。”

甲烷一定是被強勁的垂直風從大氣層深處吹上來的。由于溫度較低且碳氧比較高，這些低層大氣富含甲烷。

該團隊收集了該行星整個軌道以及其經過恒星前方時的數據。在凌日期間，一些星光穿過了行星稀薄的外層大氣，幫助科學家們確定了行星的化學成分。加普解釋說：“新出現的透射光譜證實了根據排放數據探測到的一氧化硅、一氧化碳和水。然而，我們在晝夜過渡區沒有發現甲烷。”

來源：馬克斯·普朗克天文研究所、《自然》