詹姆斯·韦伯望远镜探测到罕见温带巨行星大气中的甲烷
一颗围绕其遥远主星运行的气态巨行星的艺术家想象。由宾夕法尼亚州立大学和喷气推进实验室的天文学家领导的新研究，利用NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜分析了一颗大小相当于土星但温度类似的气态巨行星的大气，发现其富含甲烷。图片来源：NASA/喷气推进实验室-加州理工学院
（神秘的地球uux.cn）据今日科学新闻（穆罕默德·图欣）：美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜捕捉到了迄今为止最清晰的一次罕见“温带”巨型系外行星大气，揭示了强烈的甲烷迹象以及可能的氨和二氧化碳痕迹。这颗被称为TOI-199b的行星大小大致相当于土星，但其温度远低于通常在太阳系外研究的炽热“炽热木星”。
几十年来，天文学家们一直在编目数千颗绕遥远恒星运行的行星，但大多数大气研究关注的是那些要么炽热异常，要么深度冰冻的世界。现在，研究人员终于研究了一颗存在于更温和环境中的巨行星的大气层——这一发现可能重塑科学家研究行星形成和大气演化的方式。
发现中心的行星TOI-199b距离地球超过330光年，且大约每100天绕恒星一周。虽然其大气温度仍约为175华氏度，但研究人员描述其气候异常温和，相较于许多能攀升至数千度的巨型系外行星。
这项由宾夕法尼亚州立大学和NASA喷气推进实验室科学家领导的研究，发表在《天文学杂志》上。
罕见类型的行星终于揭示了其大气层
自1992年首次确认探测到系外行星以来，天文学家已发现数千颗系外行星，但温度相对适中的巨行星仍然罕见。更罕见的是那些位置完美适合大气分析的。
据研究团队介绍，TOI-199b是已知的少数温带巨行星之一，因此是一个有价值的观测目标。
胡仁宇解释说，研究与我们太阳系不同世界，使科学家能够检验行星系统如何形成和演化的理论。
与太阳系中的冷气态巨行星或靠近恒星的高温木星不同，TOI-199b处于一个天文学家很少能详细探索的中间地带。
这种平衡使其成为詹姆斯·韦伯太空望远镜上强大仪器的理想候选。
詹姆斯·韦伯如何研究外星大气
为了揭示行星周围的环境，研究人员依赖一种称为透射光谱学的技术。
当TOI-199b经过其主星前方时，部分恒星光穿过行星大气层后到达望远镜。大气中的分子吸收特定波长的光，留下可识别的图案——实际上是化学指纹。
望远镜连续观测该系统约20小时，以建立恒星光线的基线测量。行星凌日本身大约持续了七小时，远比热木星常见的短暂凌日更长。
亚伦·贝洛-阿鲁夫表示，望远镜将恒星光分隔成不同波长，使研究人员能够将基线观测数据与凌日数据进行比较。
该比较显示部分光被甲烷吸收，提供了迄今为止最有力的证据，表明大气中含有该气体。
甲烷发现证实了长期以来的预测
甲烷信号之所以突出，是因为科学家们早已预测温带气态巨行星应含有大量该分子。
这些新观测为目前最清晰的理论模型提供了准确性的确认之一。
甲烷在许多更热的巨型系外行星中尤其难以探测，因为极端温度会摧毁或改变甲烷。TOI-199b较温和的条件似乎更有效地保存了该分子，使天文学家有更清晰的机会研究其大气化学成分。
研究人员还发现大气中可能含有氨和二氧化碳的迹象，但需要更多观测来确认其丰度。
这些发现代表了对温带巨型系外行星首次进行详细的大气分析，开辟了科学家此前难以研究的一类世界。
科学家们希望研究更多像TOI-199b这样的世界
研究团队表示，这一发现仅仅是开始。
未来的观测有助于确定TOI-199b大气中气体的确切比例，从而更全面地理解这些行星随时间的发展。
科学家们希望通过比较多个温带巨行星，能够揭示TOI-199b是特殊存在，还是属于更广泛的类似大气属性世界。
这很重要，因为行星大气层保存了关于行星如何形成、如何演化以及化学系统在不同条件下表现的线索。
研究人员还指出，成功的观测显示了詹姆斯·韦伯太空望远镜在研究日益多样化系外行星方面日益强大的能力，而不仅仅是最简单和最热的目标。
为什么这很重要
这一发现标志着系外行星科学的一个重要转变。迄今为止，大多数详细的大气研究都集中在极端温度的巨行星上，这些行星的条件与地球附近完全不同。
通过分析一个更温和的巨行星的大气，天文学家开始弥合炽热木星与我们太阳系中较冷气态巨行星之间的差距。
在TOI-199b中检测到甲烷，不仅证实了关于温带系外行星的关键预测，还提供了可能改进大气化学和行星演化模型的新数据。研究人员表示，这些改进的模型最终可能加深科学界对大气——包括地球大气——如何随时间发展和变化的理解。
研究详情
Aaron Bello-Arufe等人,《温带外土星TOI-199 b上的甲烷》,《天文学杂志》( 2026年)。DOI: 10.3847/1538-3881/ae4fba
