富含甲烷、溫度接近地球的“金發(fā)姑娘”巨行星被韋伯空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)

美國(guó)宇航局（NASA）詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡近日鎖定一顆罕見的系外巨行星：它的體型接近土星，卻處在“既不灼熱也不冰冷”的溫度“甜蜜區(qū)”，大氣中富含甲烷，被研究團(tuán)隊(duì)形容為介于熾熱“熱木星”和冰冷類土星之間的“金發(fā)姑娘”行星。

這顆行星編號(hào)為 TOI-199b，圍繞一顆距離地球逾 330 光年的恒星運(yùn)行，公轉(zhuǎn)周期約 100 天，其估計(jì)溫度約為 175 攝氏度。按人類日常標(biāo)準(zhǔn)，這一溫度依然炙熱，但相比往往高達(dá)數(shù)千度的“熱木星”要溫和得多，研究人員甚至打趣稱，這樣的溫度在地球上暴曬的汽車內(nèi)也可能出現(xiàn)。在我們的太陽(yáng)系中，木星和土星因?yàn)檫h(yuǎn)離太陽(yáng)而異常冰冷，而已知大量系外巨行星則極度靠近宿主恒星、溫度熾熱，這使得 TOI-199b 這種“溫帶巨行星”在統(tǒng)計(jì)上極為少見。

根據(jù)發(fā)表在《天文學(xué)期刊》上的最新研究，TOI-199b 是首批被詳細(xì)解析大氣成分的溫帶巨行星之一。該研究由美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)和美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）牽頭完成，主要作者包括任如（Renyu Hu）、Aaron Bello-Arufe 等人。研究團(tuán)隊(duì)指出，自 1992 年首顆系外行星被發(fā)現(xiàn)以來，天文學(xué)家已經(jīng)確認(rèn)了數(shù)千顆系外行星，但處于溫帶區(qū)的巨行星數(shù)量非常有限，此次則是首次對(duì)這類行星的大氣進(jìn)行高精度“體檢”。

團(tuán)隊(duì)利用的是韋伯望遠(yuǎn)鏡的“透射光譜”技術(shù)：當(dāng)行星從望遠(yuǎn)鏡視角掠過恒星前方時(shí)，恒星光線會(huì)穿過其大氣層，不同分子會(huì)在特定波段“咬掉”一部分光，從而留下可被識(shí)別的光譜指紋。為獲得足夠清晰的信號(hào)，研究人員先連續(xù)觀測(cè)約 20 小時(shí)以建立該恒星的光譜基線，再對(duì)持續(xù)約 7 小時(shí)的凌日過程進(jìn)行跟蹤，然后將凌日期間獲取的光譜與基線對(duì)比，找出被行星大氣吸收的波長(zhǎng)。

結(jié)果顯示，TOI-199b 大氣在甲烷特征波段上存在明顯吸收，這一觀測(cè)證據(jù)證實(shí)了理論模型的預(yù)期：溫帶氣態(tài)巨行星應(yīng)當(dāng)富含甲烷。此外，初步數(shù)據(jù)還暗示大氣中可能存在氨和二氧化碳等其他成分，但其含量比例仍有待后續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間、更高信噪比的觀測(cè)來約束。研究人員表示，一旦能夠精確測(cè)定這些氣體的相對(duì)豐度，就能更完整地重建這類行星的大氣結(jié)構(gòu)與化學(xué)過程，從而反向檢驗(yàn)行星形成與演化模型。

科學(xué)家指出，對(duì)這類溫帶巨行星的研究意義，并不局限于了解“另一個(gè)土星”的樣貌。由于其溫度區(qū)間與地球相對(duì)接近，部分物理和化學(xué)過程存在可比性，相關(guān)研究有望為地球大氣演化、行星氣候穩(wěn)定性等問題提供新的約束。此次觀測(cè)的成功，也讓團(tuán)隊(duì)對(duì)在同類行星上投入更多韋伯望遠(yuǎn)鏡時(shí)間更有信心，以便回答一個(gè)關(guān)鍵問題：TOI-199b 是否只是一個(gè)“特例”，還是代表了一類此前被觀測(cè)偏差掩蓋的常見行星族群。

這項(xiàng)工作獲得了 NASA 相關(guān)項(xiàng)目的資金支持，參與機(jī)構(gòu)除賓州州立大學(xué)和噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室外，還包括亞利桑那州立大學(xué)、約翰斯·霍普金斯大學(xué)、加州理工學(xué)院、加州大學(xué)圣克魯斯分校等。論文《溫帶“類土星”系外行星 TOI-199b 上的甲烷》已于 2026 年 5 月 20 日刊登于《天文學(xué)期刊》，并公開了觀測(cè)與分析細(xì)節(jié)，為后續(xù)對(duì)溫帶巨行星大氣的系統(tǒng)性研究奠定了基礎(chǔ)。