當 JWST 在巨大的外星行星上發現冰雲時，科學家們感到震驚

幾十年來，對太陽系外行星的搜尋一直在不斷發展。科學家們希望最終能在遙遠的世界上發現生命的跡象。這可能在未來幾十年內成為可能。 1995 年至 2022 年的早期工作主要集中在發現新的系外行星。研究人員依靠間接技術來揭示行星的質量、大小，有時兩者兼而有之。

2022 年詹姆斯韋伯太空望遠鏡 (JWST) 的發射標誌著一個新階段的開始。天文學家第一次能夠詳細研究幾顆系外行星的大氣層。深入了解它們的組成和結構。然而，這距離直接尋找生命還有一步之遙。未來這可能需要更先進的望遠鏡。

最近的研究進一步推動了這些技術的發展。儘管它還沒有針對類地行星，但該研究的主要作者伊麗莎白·馬修斯（馬克斯·普朗克天文研究所）解釋道：「JWST最終使我們能夠詳細研究太陽系中的模擬行星。如果我們是距離太陽幾光年遠的外星人，JWST是第一台使我們能夠詳細研究木星的望遠鏡。但為了詳細研究世界，我們需要更深入的遠鏡。

為什麼木星和其他系外行星一樣難以研究？

雖然JWST有能力，但研究類似木星的行星卻很困難。迄今為止觀察到的大多數氣態巨行星都比木星熱得多。這是因為研究系外行星大氣的常用方法要求從地球的角度來看行星從其恆星前面經過。距離恆星較近的行星更有可能以這種方式排列。但它也更熱。

為了規避這個限制，馬修斯和她的團隊採取了不同的方法。他們的作品展現了最接近木星真實模擬的外觀。並揭示意想不到的特徵

使用 JWST 的 MIRI 紅外線儀器，該團隊直接對 Epsilon Indi Ab 進行了成像。這顆行星圍繞著印度河星座的 Epsilon Indi A 恆星運行。 （南邊的天空）參與這項研究的 MPIA 博士生 Bhavesh Rajpoot 說。 「這顆行星的質量比木星大得多。新研究認為它的質量為木星質量的 7.6 倍。但它的直徑與太陽系的近親相似。”

一個冷酷又悶熱的巨人。

Epsilon Indi Ab 的軌道距離其恆星的距離是木星距離太陽的四倍。它的恆星比太陽小，溫度也稍低。這導致世界的溫度相對較低。表面溫度約為攝氏 200 至 300 開爾文（-70 至 +20 攝氏度之間）。

儘管如此，這顆行星仍然比木星溫暖，木星的溫度約為 140 開爾文。科學家認為，這種額外的熱量來自於行星形成過程中留下的熱量。十億年後，Epsilon Indy Ab 預計會變冷，最後變得比木星還要冷。

在觀測行星時，天文學家使用 MIRI 儀器上的日冕儀來阻擋來自主星的眩光。這使它們能夠偵測微弱的光線。他們使用 11.3 微米的濾光片拍攝影像，該波長超出了與氨分子 NH3 相關的波長。透過將這些觀察結果與 2024 年在 10.6 微米處拍攝的影像進行比較，該團隊能夠估算出氨的含量（順便說一句，日冕儀的機械濾光輪和 MIRI 相機前面的濾光片都是在 MPIA 建造的，MPIA 是德國對 JWST 的貢獻之一）。

證據顯示存在水冰雲

在木星的大氣層中，氨氣和氨雲覆蓋了可見的上層。考慮到其特性，預計還會出現大量氨氣。但它不是氨雲。觀察發現氨含量低於預期。

最可能的解釋是存在厚厚但不規則的水冰雲。類似地球大氣層中的捲雲。這是一個意想不到的併發症

天文學家經常透過將他們的觀測結果與行星大氣的電腦模型進行比較來解釋這些數據。然而，許多現有模型不包括雲端系統，因為它們難以模擬。研究的合著者 James Mang（德州大學奧斯汀分校）表示，這些發現凸顯了改進這些模型的必要性。 「這是一個大問題。它說明了我們利用 JWST 取得的巨大進展。曾經看似不可能探測到的東西現在已經觸手可及。這使我們能夠探索這些大氣的結構。包括雲的存在。這揭示了我們的模型現在開始捕獲的新的複雜性層。並為更詳細地描述這些寒冷、遙遠的世界打開了大門。」

展望未來的望遠鏡

未來的觀測可能會使這些雲更加明顯。 MPIA 是 NASA 的南希·格雷斯·羅馬太空望遠鏡的合作夥伴，預計將於 2026 年至 2027 年發射，非常適合直接探測反射冰雲。

與此同時，馬修斯和她的同事正在尋找額外的 JWST 觀測時間來研究溫度較低的類木行星。隨著研究人員不斷改進他們的技術，他們正在為研究世界以及未來的世界奠定基礎。最後，尋找太陽係以外的生命跡象。

背景資料

此處所述的結果發表為 EC Matthews 等人。 “第二次 Eps Ind Ab 與 JWST 的訪問：新的光學測量證實了氨，並表明最近的木星系外行星的大氣層中有厚厚的雲層”， 天文物理學期刊通訊。

參與的 MPIA 研究人員包括 Elisabeth Matthews 和 Bhavesh Rajpoot、James Mang 和 Caroline Morley（德克薩斯大學奧斯汀分校）、Aarynn Carter 和 Mathilde Mâlin（太空望遠鏡科學研究所）等。