超級蓬松行星正成為系外行星研究的新謎題

連人類有史以來最強大的太空望遠鏡都看不清這顆行星的"真面目"——這便是詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）最近發現的一個驚人事實。賓夕法尼亞州立大學領導的研究團隊利用JWST觀測了一顆被稱為"超級蓬松"行星的奇特天體Kepler-51d，結果發現它被一層極厚的霧霾所包裹。這層霧霾的厚度可能是迄今在行星上探測到的最大規模，其半徑幾乎與地球相當，使得確定該行星的大氣化學成分和追溯其形成歷史變得異常困難。

Kepler-51位于天鵝座，距離地球約2615光年。這顆恒星擁有四顆已知行星，其中至少三顆屬于極為罕見的"超級蓬松"類世界——它們的體積與土星相當，但質量僅為地球的幾倍。該研究第一作者、賓夕法尼亞州立大學的杰西卡·利比-羅伯茨（Jessical Libby-Roberts）形容道："我們認為圍繞Kepler-51運行的三顆內行星具有微小的核心和巨大的大氣層，使它們的密度類似棉花糖。這類超低密度的超級蓬松行星極為罕見，它們挑戰了我們對氣態巨行星形成的傳統認知。而如果解釋一顆這樣的行星形成已經夠難了，這個系統里竟然有三顆！"

按照傳統行星形成模型，氣態巨行星通常擁有致密的核心，產生強大引力以捕獲并維持厚氣體大氣層。這類行星通常形成于遠離恒星的位置，那里條件有利于氣體聚集——就像我們太陽系中的木星和土星。但Kepler-51d完全不符合這一模式：它似乎缺乏致密核心，且公轉軌道距離恒星相當于金星與太陽之間的距離。利比-羅伯茨指出，"Kepler-51是一顆相對活躍的恒星，其恒星風應該能輕易吹走這顆行星的氣體，盡管整個行星壽命期間的質量損失程度目前仍然未知。這顆行星可能是在更遠處形成后向內遷移的，但我們仍有一大堆關于它和其他行星如何形成的疑問沒有答案。"

JWST的觀測帶來了更多謎團而非解答。研究團隊利用JWST先進的近紅外光譜儀將觀測范圍擴展至5微米波段——遠超哈勃太空望遠鏡的1.1至1.7微米范圍。按照預期，更寬的光譜范圍應該能提供更清晰的大氣特征信號。然而，研究人員未能檢測到任何獨特的光譜特征。論文合著者、賓夕法尼亞州立大學的蘇弗拉斯·馬哈德萬（Suvrath Mahadevan）教授解釋道："我們認為這顆行星的霧霾層極其厚密，吸收了我們觀測波長的所有光，因此我們無法看到下方的特征。這似乎與我們在土星最大衛星泰坦上看到的由甲烷等碳氫化合物構成的霧霾非常相似，但規模要大得多。"

研究團隊還考慮了其他可能的解釋，包括行星可能擁有光環。如果光環以特定角度傾斜，可以遮擋星光，使行星看起來比實際更大、密度更低。然而，利比-羅伯茨指出，觀測數據顯示一個線性趨勢——在更長波長處被遮擋的光更多。"最簡單的解釋就是厚霧霾。光環需要是短命的、由特定材料組成且角度恰到好處，這似乎不太可能，但我們不能完全排除這種可能性。"

超級蓬松行星的研究正在成為系外行星科學中最引人入勝的前沿領域之一。這類行星不僅數量稀少，更在根本上挑戰了我們對行星形成和演化的理解。科學家們已經開始利用JWST分析同一系統中的另一顆行星Kepler-51b，以確定是否所有超級蓬松行星都具有類似的朦朧大氣特征，還是Kepler-51d只是一個特殊案例。正如利比-羅伯茨所言："在天文學家發現太陽系外行星之前，我們以為自己已經很好地掌握了行星的形成過程。但我們開始發現與太陽系完全不同、真正挑戰我們理解的異星世界。我們至今仍未找到像太陽系這樣的系統，而能夠解釋所有這些不同行星如何形成，將幫助我們理解我們在宇宙中的位置。"

原文鏈接：https://www.sciendedaily.com/releases/2026/03/260317064449.htm