研究人員使用美國宇航局詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現了迄今為止最清晰的跡象，表明太陽系外的一顆岩石行星被大氣層包圍。
對超熱超級地球行星 TOI-561 b 的觀測表明，這顆系外行星可能被一層厚厚的氣體所籠罩，該氣體位於全球熔岩海洋之上。
該團隊於 12 月 11 日報告了結果。 天體物理學期刊通訊– 他們解釋說，這一新信息有助於解釋地球密度低得驚人。並挑戰了長期以來的觀點，即繞恆星運行的相對較小的行星無法維持大氣層。
極端軌道和超短週期超級地球
TOI-561 b 的半徑約為地球的 1.4 倍，繞一圈的時間不到 11 小時，使其屬於一種罕見的超短週期系外行星。
它的恆星僅比太陽稍小、溫度稍低，但 TOI-561 b 繞太陽運行的距離非常近。水星和太陽之間的距離不到一百萬英里，即四十分之一。這幾乎永久鎖定了面向恆星的一側。在這無盡的日照期間，預計溫度將升至普通岩石的熔點以上。
伯明翰大學的合著者安賈利·皮耶特博士說：“我們需要一種極度波動的大氣層來解釋所有的觀測結果。強風將熱量轉移到夜間，從而使白天降溫。”
水蒸氣等氣體在上升到大氣中之前會吸收表面發出的近紅外光的波長。行星看起來更冷，因為望遠鏡檢測到的光較少。但也有可能存在明亮的矽酸鹽雲，通過反射星光來冷卻大氣。 ”
探索地球異常低的密度
研究人員正在探索的地球低密度的一種可能解釋是，TOI-561 b 可能具有相對較小的鐵核以及由地球內部密度較低的岩石構成的地幔。
主要作者、卡內基科學學院地球與行星實驗室的科學家約翰娜·泰斯克（Johanna Teske）表示：“這顆行星真正與眾不同之處在於它的密度異常低，而且它的密度比你想像的要低，如果它具有類似地球的成分的話。”
TOI-561 b 與超短週期行星的不同之處在於，它繞著一顆古老的富鐵恆星運行，該恆星的年齡是太陽的兩倍多。在銀河係被稱為厚盤的區域，它一定是在與我們太陽系行星非常不同的化學環境中形成的。 ”
因此，行星的組成可能類似於宇宙年輕時形成的地球。
全球岩漿海洋上空的大氣層很厚。
該團隊還提出，TOI-561 b 可能被包裹在一層重要的大氣層中，這使得該行星看起來比單獨的堅固物體更大。儘管理論表明，經過數十億年的強烈恆星輻射而留下的小行星應該已經失去了它們曾經擁有的任何氣體，但一些這樣的世界仍然顯示出它們只不過是裸露的岩石或暴露的熔岩的跡象。
研究人員使用韋伯的 NIRSpec（近紅外光譜儀）根據行星的近紅外亮度測量行星白天的溫度，測試了 TOI-561 b 擁有大氣層的想法。該方法涉及跟踪當行星移到恆星後面時恆星-行星組合系統的亮度下降情況。這類似於在 TRAPPIST-1 系統和其他小型岩石系外行星上搜索大氣層的技術。
如果 TOI-561 b 只是一塊裸露的岩石表面，沒有大氣將熱量傳遞到夜間。其被照亮的半球溫度應約為 2,700 攝氏度。 NIRSpec 數據顯示白天溫度接近 1,800 攝氏度，仍然很熱。但比預想的要涼爽得多。
傳熱和大氣情況測試
來解釋低於預期的溫度。研究人員評估了幾種情況。全球岩漿海洋可能會將部分熱量從白天轉移到夜間。但當沒有大氣層時，永久的黑暗面就會變硬。通過限制可重新分配的能量，熔融表面上方可能存在一層薄薄的岩石蒸氣。但這些蒸氣本身無法提供足夠的冷卻來匹配觀測結果。
儘管韋伯的測量有力地支持了大氣層的存在，但一個關鍵的謎團仍然存在：一顆暴露在如此強烈放射性的相對較小的行星如何維持大氣層？尤其是那種看起來有那種質量的氣息。
來自荷蘭格羅寧根大學的合著者蒂姆·利希滕貝格說：“我們認為岩漿海洋和大氣之間存在平衡。當氣體從行星中出來滋養大氣層時，岩漿海洋正在將它們吸回內部。這顆行星必須比地球更加不穩定才能解釋這一觀察結果。它真的就像一個濕熔岩球。”
韋伯對 TOI-561b 的長期觀察及其更廣泛的使命
這一發現來自韋伯通用觀測項目 3860 的首批結果，該項目在 TOI-561b 繞其恆星運行近四整圈時連續監測該系統超過 37 個小時。該團隊目前正在詳細研究完整的數據集，以繪製世界各地溫度變化的圖表。並更好地識別其大氣成分。
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡是世界領先的太空科學天文台。韋伯正在解開太陽系中的謎團。眺望其他恆星周圍的遙遠世界，探索宇宙的神秘結構和起源以及我們在其中的位置。韋伯是由 NASA 與合作夥伴 ESA（歐洲航天局）和 CSA（加拿大航天局）共同領導的一個國際項目。
