铁云、硅酸盐云与极光？韦伯望远镜解码 20 光年外 “模糊天体” 的大气密码

詹姆斯・韦伯太空望远镜深入探测了一颗神秘的流浪行星或失败恒星的大气层

行星质量天体无法被清晰地归入现有的恒星或行星类别。

图解：独立的拥有行星质量的物质SIMP 0136（图片版权：NASA, ESA, CSA, 空间望远镜科学研究会）

用詹姆斯韦伯空间望远镜，天文学家已经可以探测一个宇宙天体（可能是流浪天体或失败恒星）的大气层。不管是哪种方式，这个天体在宇宙中以没有母星的方式孤独漂泊。

这个宇宙中孤独漂泊（或者说是自由运行的天体质量物质），被编号为 SIMP 0136 的天体在宇宙中漂移，距离地球约 20 光年 —— 而且它没有恒星作为引力锚点（即不围绕任何恒星运行）。 SIMP 0136 的质量大约是木星质量的13倍，但它大约拥有和这个太阳系气态巨行星相同的体积。 SIMP 0136被发现于2003年，它的运行速度极快，导致该行星上面的一天只相当于2.4小时的地球时间

有一种可能，SIMP 0136并不是一颗星球，而是一个叫做“棕色矮星”的物质（一种形成过程与恒星类似，但未能聚集足够质量以在其核心触发氢核聚变生成氦的天体）。从这一事实，得出了一个疑惑——那些“失败的天体”的质量比木星的13倍质量（大约是 SIMP 0136的质量）要低

因为SIMP0136的亮度作为一个独立的天体很不寻常，并且它的亮度并没有受到母星的光线的污染，所以它一直受天文界的青睐。因此，即便在詹姆斯韦伯空间望远镜探测到这个物质之前，一系列的地表建设设备以及哈勃望远镜与斯皮策空间望远镜已经研究过了。但是那些调查研究带给天文学家们一些关于SIMP0136的谜题。

图解：詹姆斯韦伯空间望远镜研究了在火焰星云的“失败恒星”的起源。图解：“烤棉花糖”系外行星如此之热，以至于会下雨金属。它是如何形成的？

天文学家们在过去已经发现SIMP 0136在光线下变化，其原因是这些变化不仅仅只是这么木星规格世界里的云层的结果，还与大气因素的复杂结合有关。通过使用詹姆斯韦伯空间望远镜，这个团队有能力在整整两个自转周期中探测到来自SIMP 0136的红外线光，观察到这个世界的云层的多样性，温度甚至是化学物质。许许多多的科学家观察到的细节在之前都没有观测到。

“我们已经知道它在光线上具有多样性，并且我们非常自信的认为这里有分布不均匀的云层不时地旋转进入与离开观测范围。”爱丽生麦卡锡（研究团队的领导和波士顿大学的一个研究院）强调“我们也认为这里会有温度变化，化学反应和一些可能的极光活动影响到光，但我们并不确定。”

数以千计的无法看见的彩虹

研究团队利用詹姆斯・韦伯太空望远镜（JWST），在 SIMP 0136 完成两次自转的观测周期内，同时使用了望远镜的近红外光谱仪（NIRSpec）和中红外仪器（MIRI）。这意味着研究人员能够收集涵盖广泛红外波长范围的数据。

观测结果生成了数百条高分辨率光变曲线，这些曲线记录了 SIMP 0136 自转过程中，各红外波长的亮度变化情况。研究团队首席研究员、都柏林三一学院研究员约翰娜・沃斯在声明中表示：“能观测到该天体的完整光谱在数分钟内发生变化，这太不可思议了。在此之前，我们仅从哈勃望远镜获得过少量近红外光谱片段，从斯皮策望远镜获得过几次亮度测量数据。”

图解：这是 SIMP 0136 作为失败恒星褐矮星的示意图，其北极上空有发光的极光（图片来源：查克・卡特、加州理工学院、美国国家射电天文台 / 大学天文研究协会 / 美国国家科学基金会

研究人员发现，SIMP 0136 发出的红外光具有独特的光变曲线形态：部分波长的光亮度增强，部分波长的光亮度减弱，其余波长的光则完全无变化。他们推断，一定存在多种因素影响着这些变化。

研究团队成员、波士顿大学研究员菲利普・缪尔黑德在声明中表示：“试想从遥远的地方观测地球。即便无法分辨具体地貌，若你分别观测每种颜色，也能看到不同的变化模式，进而了解地球表面与大气的相关信息。比如，当海洋旋转进入观测视野时，蓝光的占比会增加；棕色与绿色的变化则能反映土壤和植被的情况。”

为探究 SIMP 0136 光变现象的成因，研究团队构建了大气模型，以确定大气中哪些区域对应着哪些波长的光。麦卡锡指出：“不同波长的光可反映大气不同深度的信息。我们逐渐意识到，光变曲线形态最为相似的波长，探测的也是大气相同深度的区域 —— 这一发现进一步印证了‘这些光变必然由同一机制引发’的观点。”

图解：这是 SIMP 0136 天体在传统天文巡天观测中的影像。（图片来源：传统巡天项目 / D. 兰格（圆周理论物理研究所）及梅利・塞夫）

图解：这些光变曲线展示了孤立行星质量天体 SIMP 0136 在自转时，其释放的三组不同波长（颜色）的近红外光的亮度变化。

其中一个红外波长波段来自 SIMP 0136 的深层大气，研究团队推测该区域潜藏着呈斑块状分布的铁颗粒云。另一个波长组则被认为来自大气较高层，对应着斑块状的硅酸盐云。

最后一组波长，理论上来源于这些云层上方更高的区域，且与SIMP 0136 的温度情况有关。其表面较亮的区域，可能与射电波探测到的该天体周围极光相对应。此外，这些亮斑也可能是热气体在 SIMP 0136 大气中向上运动的结果。

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詹姆斯・韦伯太空望远镜观测到 SIMP 0136 的光变曲线，无法用该天体的云层或温度来解释。这种光变可能受到 SIMP 0136 大气碳化学过程的影响，比如当二氧化碳和一氧化碳气团旋转进入或移出韦伯望远镜的观测视野时，就会产生这种现象。另一种解释是，化学反应导致了 SIMP 0136 大气的变化。

（说明：SIMP 0136 是一个位于太阳系外的天体，最初被归类为褐矮星，后因观测数据更新，其具体分类仍在研究中；“热木星” 是一类特殊系外行星，具有类似木星的气态巨行星特征，但轨道离宿主恒星极近、表面温度极高。）

沃斯表示：“我们目前尚未完全解开这一谜题中的化学部分，但这些研究结果非常令人兴奋。它们向我们揭示，甲烷、二氧化碳等分子的丰度可能会随位置变化，也可能随时间变化。”“如果我们观测某颗系外行星时，只能获得一次测量数据，就需要考虑到，这一数据可能无法代表该行星的整体情况。”

BY:Robert Lea

FY:interstellar

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