由伯明翰大学天体物理学家安贾莉·皮埃特（Anjali Piette）博士领导的国际研究团队在《天文学杂志》（The Astronomical Journal）上发表了最新研究成果。借助詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST），科学家们对距离地球约280光年的岩石系外行星 TOI-561 b 进行了持续监测。在长达37小时的观测中，研究人员记录了该行星绕其主星的近四个完整轨道周期。
观测结果表明，TOI-561 b 可能被一层厚重的大气所包围，尽管其环境对于我们所知的生命而言过于恶劣。这层大气似乎帮助该行星反射了来自其恒星的大部分辐射。一种合理的解释是，行星表面存在一层高反射率的硅酸盐云层，从而阻止了表面温度达到普通裸露岩石行星所预期的极端高度。此外，大气层似乎还将热量从永久受照射的白昼侧输送到黑夜侧，进一步降低了朝向恒星一侧的温度。
本应消失的大气层却在一颗熔岩行星上存在
科学家目前仍未准确探明构成 TOI-561 b 大气的具体气体成分。可能的方向之一是类似于金星但温度高得多的厚二氧化碳层；另一种则是由二氧化硫主导的大气——这种气体类似于木星卫星木卫一（Io）上火山活动释放的气体。
伯明翰大学天文学助理教授安贾莉·皮埃特博士指出：“我们的发现挑战了现有的科学理论。按常理推断，像 TOI-561 b 这样受到强烈辐射的岩石行星，理应在数十亿年前就已经失去了大气层。”
“然而，现有证据表明它至今仍保留着相当厚重的大气。这引发了一系列核心疑问：这颗行星最初是否拥有异常丰富的气体储备？或者说，覆盖其表面的熔岩海洋是否扮演了全球性火山的角色，正在源源不断地为大气补充物质？”皮埃特补充道。
韦布望远镜揭示行星高反射率之谜
先前的测量揭示了关于 TOI-561 b 的一个困惑：其白昼侧的温度明显低于研究人员对一颗紧邻恒星运行的暗淡岩石行星的预测。这种意料之外的低温表明，大量入射能量要么被转移到了黑夜侧，要么在加热表面之前就被反射回了太空。
为了探究这一现象，研究团队对该行星的整个轨道进行了观测，从而首次对其黑夜侧进行了检查。由于 TOI-561 b 总是以同一面朝向其主星，黑夜侧无法接受到直接的恒星光照。然而，测量数据显示，这个较暗的半球并不足以解释所有“缺失”的热量。
相反，研究结果表明，TOI-561 b 反射了大约 75% 抵达其表面的星光，这一惊人的高比例与金星不相上下。
为了确定是什么机制产生了如此强的反射率，研究人员将望远镜测量数据与该行星的气候计算机模型进行了对比。他们的模拟表明，含有二氧化硅（SiO2）和硅酸盐镁（MgSiO3）等矿物质的云层可能在白昼侧上方形成。如果这些云层确实存在，它们就能够在辐射到达表面之前将其反射出去，从而充当天然的“防晒霜”。
加拿大安大略省滑铁卢大学的项目负责人丽莎·当（Lisa Dang）教授表示：“我们测量了该行星的亮度和热量在整个轨道上的变化情况。这种被称为相曲线的技术表明，该行星反射了大量来自其恒星的光线，且热量在行星周围重新分布，而不仅仅局限于向阳面。这些迹象共同指向了大气层的存在。”
全球熔岩海洋能否维持大气层的存续？
这项新发现进一步巩固了丽莎·当教授、安贾莉·皮埃特博士及其合作者先前收集的证据，即 TOI-561 b 拥有一个厚重的大气层，且该大气层可能由其熔融内部逃逸出的气体不断补充。
这种可能性有助于解释为什么该行星在经受其主星数十亿年强烈辐射的情况下，依然能够维持住大气层。该行星广阔的熔岩储层并没有简单地将气体流失到太空中，而是可能在持续向大气释放新的物质。
研究人员目前正致力于确定 TOI-561 b 更接近于极端炎热的金星，还是更类似于火山卫星木卫一的极端升级版。未来利用 JWST 在更长波段开展的附加观测，有望揭示该大气层化学成分的重要细节，并最终解开其长期存续的谜团。
当教授总结道：“我们接下来要解答的核心问题是，TOI-561 b 的大气层更像金星还是极端的木卫一。利用 JWST 在更长波段对该行星进行观测，将为我们提供深入洞察，并帮助解释如此高温的行星是如何在数十亿年里牢牢锁住大气层的。”