橫跨銀河系 距離地球約 190 光年，天文學家發現了一對非常不尋常的行星。一顆巨大的熱木星，一種經常單獨發現的巨行星。它與較小的海王星共享一個系統，其軌道更靠近其恆星。這種罕見的結構自 2020 年首次發現以來一直讓科學家感到困惑。
現在，麻省理工學院的研究人員已經仔細觀察了內行星的大氣層。並發現了新的線索，這有助於解釋這個奇怪的系統是如何形成的。
JWST揭示了厚重、富含水分的大氣層
在發表於的一項研究中 天文物理學期刊通訊團隊使用美國太空總署的詹姆斯韋伯太空望遠鏡（JWST）來分析迷你海王星的大氣層。這是科學家第一次測量繞著熱木星運行的小海王星的大氣成分。
觀測表明，地球的大氣層極其稠密，並且充滿了較重的分子，包括水蒸氣和二氧化碳。二氧化硫和少量甲烷 如果一顆行星在其恆星附近形成，這種大氣層就不太可能出現。它們往往被較輕的氣體覆蓋。
研究結果指出了截然不同的起源。
這顆行星很可能是在遠離恆星的地方形成的。
研究人員表示，小海王星和熱木星可能都是在距離恆星很遠的地方形成的。在系統早期氣體和灰塵盤的較冷區域，在這種環境中，冷凍材料和揮發性化合物更容易積聚。這導致地球產生更厚、更重的大氣層。
隨著時間的推移，這兩顆行星很可能會遷移到離恆星更近的地方。它保留了其大氣層和不尋常的軌道排列。
這些發現提供了第一個明確的證據，表明小型海王星可以在恆星的「冰線」之外形成，「冰線」是溫度低到足以凍結水的距離。
「這是我們第一次觀察到熱木星軌道上行星的大氣層，」麻省理工學院卡夫利天體物理和太空研究所的博士生、該研究的主要作者索加塔·巴拉特（Saugata Barat）說。這項測量告訴我們，這顆微小的海王星是在霜線之外形成的。證實了這個陣法通道確實存在。
研究團隊包括來自世界各地機構的科學家，包括麻省理工學院、哈佛大學和史密森天文物理中心、南昆士蘭大學和德州大學奧斯汀分校。和隆德大學
罕見而好奇的行星系統
迷你海王星比海王星小，主要由岩石核心周圍的氣體組成。它們實際上是銀河系中發現的最常見的行星類型。儘管它們不存在於我們的太陽系中。
2020 年，時任托雷斯在麻省理工學院的博士生 Chelsea X. Huang（現為南昆士蘭大學教員）發現了這個不尋常的系統。發現小海王星繞著熱木星運行這是天文學家很少見到的。
研究團隊研究了一顆名為 TOI-1130 的恆星，並利用 NASA 過渡系外行星勘測衛星 (TESS) 的資料探測到了這兩顆行星。小海王星每四天繞木星一周，而熱木星則需要八天。
「這是一個獨特的系統，」黃說。 「熱木星是『孤立的’，這意味著它們的軌道上沒有伴星。它們質量如此之大，引力也如此強大，以至於它們軌道上的任何東西都會被這顆熱木星以某種方式分散。內部的同志也倖存下來。這就提出了這樣一個系統如何形成的問題。」
安排觀察時間是一項挑戰。
這項發現使研究人員能夠利用 JWST 更詳細地研究這顆行星，並專注於名為 TOI-1130b 的內部世界。
然而，觀察行星並不簡單。與大多數遵循可預測軌道時間表的行星不同，這對行星屬於科學家所說的“平均運動共振”，每顆行星的引力都會輕微改變另一顆行星的軌道。這使得運動更加不規則和不可預測。
為了克服這個問題，由隆德大學朱迪思·科思 (Judith Korth) 領導的團隊整理了先前的觀測結果，並創建了一個模型，以 JWST 可以觀測到的方式準確確定行星何時從其恆星前面經過。
「這是一個具有挑戰性的預測。我們必須準確，」巴拉特說。
詳細了解行星化學。
當時機成熟時，JWST 會記錄不同波長光的詳細資訊。
「JWST 的美妙之處在於它不僅僅觀察一種顏色。而是以不同的顏色或波長觀察，」Barat 解釋道。 “行星吸收的特定波長可以告訴你很多關於其大氣成分的信息。”
數據顯示了水的清晰特徵。二氧化碳和二氧化硫以及少量甲烷這些較重的分子與通常在恆星附近形成的行星中發現的較輕的氫和氦形成鮮明對比。
這項發現挑戰了先前的假設，並支持了 TOI-1130b 在向內移動之前形成於更遠的地方的觀點。
行星遷移的證據
這顆行星的大氣層很可能聚集在霜線以上的寒冷地區。這是水在塵埃顆粒上凍結並形成冰粒的地方。當一顆年輕的行星移動時，冰就會蒸發。今日所見的濃濃氣氛，被拋在了身後。
巴拉特說，這些重分子的存在證實了這兩顆行星可能是在系統的外圍形成的，然後一起向內移動，從而維持了它們的大氣層。
「這個系統代表了天文學家所見過的最稀有的架構之一，」巴拉特說。 TOI-1130b 的觀測首次暗示，在水/冰線之外形成的小型海王星確實存在於自然界中。
這項工作得到了 NASA 的部分支持。
