韋伯望遠(yuǎn)鏡拍到一顆木星般的外星行星正在被恒星“燒烤”

你大概很難想象，一顆像木星那么大的行星，能在幾分鐘內(nèi)被恒星活活加熱超過600攝氏度。這件事本身不算新鮮——天文學(xué)家早就知道這類“熱木星”的存在——但韋伯望遠(yuǎn)鏡最近傳回的數(shù)據(jù)告訴我們，現(xiàn)實(shí)遠(yuǎn)比模型預(yù)想的更加狂暴。美國航空航天局（NASA）噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的天文學(xué)家蒂芙尼·卡塔里亞博士說得相當(dāng)直白：“熱木星本來就已經(jīng)是我們所知最極端的一類系外行星了，可即便在這群‘極端分子’里，HD 80606b也算得上極端中的極端。”

這顆行星的正式編號(hào)叫HD 80606b，距離我們大約217光年，位于大熊座方向。它首次被發(fā)現(xiàn)是在2001年4月。從分類上說，它被劃入“熱木星”——一種氣態(tài)巨行星，卻不像我們太陽系里的木星那樣安分地待在冰冷冷的外圍軌道上，而是緊緊貼著母恒星旋轉(zhuǎn)。但HD 80606b的軌道一點(diǎn)兒也不“緊貼”，反倒拉出了一條又扁又長的橢圓，每111天繞一圈。你可以理解為：大多數(shù)時(shí)候它離恒星挺遠(yuǎn)，表面溫度相對(duì)溫和；可一旦運(yùn)行到近日點(diǎn)——也就是最靠近恒星的時(shí)刻——它就一頭扎進(jìn)恒星輻射的煉獄里，短時(shí)間內(nèi)被劇烈烘烤，然后再迅速彈開，重新冷卻下來。

這正是韋伯望遠(yuǎn)鏡（全稱NASA/ESA/CSA詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡）想要捕捉的瞬間。借助中紅外儀器MIRI，研究團(tuán)隊(duì)在HD 80606b近日點(diǎn)之前、期間和之后連續(xù)觀測(cè)，精確記錄了這顆行星的溫度變化曲線。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著行星掠過恒星附近，其溫度驟然飆升了華氏1100度（約合攝氏610度）。卡塔里亞博士直言：“韋伯展示出來的升溫幅度，比我們當(dāng)初根據(jù)斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)所做的預(yù)判還要極端得多。”

斯皮策是上一代紅外空間望遠(yuǎn)鏡，雖然也觀察過這顆行星的溫度波動(dòng)，但韋伯的靈敏度和時(shí)間分辨率都上了一個(gè)臺(tái)階，這才讓科學(xué)家看清楚整個(gè)“閃烤”過程究竟有多劇烈。說人話就是：過去我們知道它會(huì)被加熱，但沒想到加熱曲線這么陡峭，溫度爬升得這么快。

這種急劇溫變之所以令天文學(xué)家興奮，是因?yàn)樗喈?dāng)于一個(gè)天然實(shí)驗(yàn)室。此前的多項(xiàng)研究已經(jīng)表明，系外行星經(jīng)歷劇烈溫度波動(dòng)時(shí)，其大氣化學(xué)和云層結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生實(shí)時(shí)變化。問題是，多數(shù)系外行星的軌道偏心率沒那么大，溫度變化周期過長，等它變一次，望遠(yuǎn)鏡不可能一直盯著。HD 80606b則完全不同——它把正常情況下需要數(shù)年甚至數(shù)十年的氣候變化，濃縮進(jìn)短短幾個(gè)小時(shí)的近日點(diǎn)窗口里。約翰斯·霍普金斯應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的天文學(xué)家勞拉·馬約爾加博士解釋說：“觀測(cè)像HD 80606b這樣的行星其實(shí)效率極高，因?yàn)樗菞l不尋常的軌道，以及隨之而來的溫度和化學(xué)組成劇烈波動(dòng)，讓我們?cè)诙潭處仔r(shí)內(nèi)就能收集到各種不同條件下的數(shù)據(jù)，再把這些發(fā)現(xiàn)應(yīng)用到其他熱木星或更常規(guī)的系外行星研究中去。”

換句話說，科學(xué)家并不是單純想看一顆行星被“烤焦”的場(chǎng)面，而是想借這個(gè)瘋狂的環(huán)境，搞清楚氣態(tài)巨行星大氣在極端輻射下的物理和化學(xué)響應(yīng)機(jī)制。這就好比材料學(xué)家把一塊樣品放進(jìn)高溫爐快速測(cè)試，而不是等它在室溫下自然老化幾年——時(shí)間上劃算太多了。

這次觀測(cè)方案里還有一個(gè)精巧的設(shè)計(jì)：當(dāng)HD 80606b運(yùn)行到近日點(diǎn)時(shí)，從韋伯望遠(yuǎn)鏡的視角看過去，它恰好會(huì)繞到母恒星背后，發(fā)生所謂的“次蝕”。這個(gè)幾何關(guān)系給了研究團(tuán)隊(duì)一次絕佳的機(jī)會(huì)，可以分別測(cè)量恒星自身的輻射和行星被加熱后發(fā)出的紅外光，兩者一對(duì)比，就能把行星表面溫度推算出來。如果沒有次蝕這個(gè)時(shí)間窗口，行星和恒星的光芒混在一起，數(shù)據(jù)就沒這么干凈了。

需要強(qiáng)調(diào)的是，卡塔里亞所說的“比預(yù)想更極端”，目前仍是建立在初步數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上的判斷，而非最終定論。相關(guān)研究結(jié)果由卡塔里亞團(tuán)隊(duì)于6月16日在加利福尼亞州帕薩迪納舉行的第248屆美國天文學(xué)會(huì)會(huì)議上公布，報(bào)告題為《Flash-Heating a Roasted Planet: Time-Resolved Characterization of HD 80606b with JWST/MIRI》。這屬于學(xué)術(shù)會(huì)議上的成果展示，完整的同行評(píng)審論文后續(xù)可能還需要一段時(shí)間才會(huì)正式發(fā)表。因此，眼下我們看到的數(shù)字和結(jié)論，還屬于階段性的科研分享，細(xì)節(jié)上不排除后續(xù)會(huì)有修正。

不過，單從已有信息來看，HD 80606b確實(shí)給系外行星大氣研究打開了一扇難得的窗口。它把一顆行星可能經(jīng)歷的極端氣候過程，壓縮到一個(gè)人類可以輕易觀測(cè)的時(shí)間尺度內(nèi)，讓科學(xué)家有機(jī)會(huì)捕捉到大氣化學(xué)成分在幾小時(shí)內(nèi)的動(dòng)態(tài)演化。這種實(shí)時(shí)性在天文學(xué)里非常珍貴。多數(shù)天文現(xiàn)象要么漫長到跨越人類壽命，要么短暫到一閃而過，像HD 80606b這樣既有規(guī)律又極度緊湊的周期變化，正好卡在一個(gè)理想的觀測(cè)節(jié)奏上。

有意思的地方還在于，這類高度偏心的軌道到底是怎么形成的。目前的推測(cè)是，HD 80606b可能經(jīng)歷過某種引力擾動(dòng)——也許來自系統(tǒng)中的另一顆恒星或行星——把它原本可能是近圓形的軌道拽成了現(xiàn)在的扁長形狀，才造就了這顆一會(huì)兒冷一會(huì)兒燙的奇特世界。不過這個(gè)引力擾動(dòng)的具體來源和機(jī)制，原文中并未展開討論，科研界也仍在持續(xù)研究。

對(duì)我們普通人來說，這件事最迷人的部分或許在于：宇宙里真的存在這樣一種行星，它的一生就在定期往返于“冰窖”和“火爐”之間，氣溫在幾小時(shí)內(nèi)猛升600多攝氏度，大氣層跟著劇烈翻騰，云層重組又消散。而人類依靠一臺(tái)放在太空中的精密儀器，從200多光年外默默注視這一切發(fā)生，就像通過一扇窗戶窺見遙遠(yuǎn)世界里的一場(chǎng)天氣風(fēng)暴。沒有詩意化的修辭能比數(shù)據(jù)本身更令人感慨——一顆質(zhì)量約為木星四倍的氣態(tài)巨行星，每111天經(jīng)歷一次灼燒，而我們剛好來得及按下“記錄”鍵。