望远镜窥探了遥远世界昼夜交界处的情景

使用NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜的研究人员，瞥见了潮汐锁定行星边界处引人入胜的新细节——即行星的一半始终暴露在其恒星下，而另一半则始终笼罩在黑暗中。

包括芝加哥大学在内的科学家们研究了一颗名为WASP-39 b的巨行星，该行星围绕距离地球约700光年的一颗恒星运行。这颗行星并不像地球那样持续自转；行星的一半经历持续的白天，而另一半则是持续的夜晚。

这台强大的望远镜使科学家们能够最详细地观察到薄暮边界区域（即白天和黑夜交汇处）的条件。他们甚至能够在这个狭窄的边界内分辨出温度差异；边界区域的一半明显比另一半更热。

这种温度差异是强大风力的证据，这些风力以每小时数千英里的速度扫过边界。研究人员还能够探测到这两个区域之间云层覆盖率的惊人差异。

“我们能够解析出如此微小的差异，这确实令人震惊，而这只有在韦伯望远镜在近红外波长范围内的灵敏度和极其稳定的光度计传感器的帮助下才有可能，”太空望远镜科学研究所的外行星研究员、该研究的主要作者Néstor Espinoza说。

“这是一个全新的细节层次，”合著者Maria Steinrueck说，她曾就职于马克斯·普朗克研究所，现在是芝加哥大学51 Pegasi b Fellow。“以前，我们只能获得行星两侧的平均值。但在这个小区域内，温度、云层和大气成分可能存在巨大变化——而我们能够通过测量这些差异学到更多。”

星光和云层

即使使用像韦伯这样强大的望远镜，这些系外行星也太小且太远，无法直接看到。相反，为了获取数据，科学家们比较了行星在其恒星前方移动时通过其大气层过滤的星光，以及当行星位于恒星旁边时检测到的未经过滤的星光。这揭示了有关行星大气层的温度、成分和其他属性的信息。

分析表明，WASP-39 b的薄暮边界区域内有明显不同的区域，其中一个比另一个低约300华氏度（200摄氏度）。

如果你面对行星的日侧，北极位于行星顶部，太阳位于你的身后，那么沿着行星右侧或东侧运行的边界区域会更热。相反，沿着行星左侧或西侧的边界区域会更冷。（科学家将行星的左侧称为“早晨”区域，将右侧称为“傍晚”区域。）

在像WASP-39 b这样受到高度辐射的系外行星上，由于其围绕恒星运行的距离相对较近，研究人员通常会认为气体会随着行星的自转而移动。日侧的热气应通过强大的赤道喷射气流流向傍晚侧，再流向夜侧。由于温度差异如此极端，气压差异也会很大，进而导致高风速。

研究人员使用类似于用于预测地球上天气模式的三维模型，发现WASP-39 b上的盛行风是围绕行星向东移动的。这些风从夜侧扫过早晨区域，围绕日侧，穿过傍晚区域，然后围绕夜侧。因此，边界的早晨部分比傍晚侧更冷。

换句话说，早晨区域受到在夜侧冷却后的空气风的猛烈冲击，而傍晚区域则受到在日侧加热后的空气风的冲击。研究表明，WASP-39 b上的风速达到每小时数千英里！

研究团队还发现，边界区域的云层覆盖率有所不同，早晨区域可能比傍晚区域更多云。

“云层覆盖率的差异尤其有趣，因为根据我们当前的模型，没有人预测出这颗行星会有如此大的差异，”Steinrueck说。“随着我们从类似行星那里获取更多数据，我们将学到更多。”

该团队的研究结果已发表在《自然》杂志上。除了Steinrueck之外，芝加哥大学的研究员Jacob Bean和Diana Powell也是该论文的合著者。