韋伯望遠鏡首創系外行星3D溫度圖，揭示超熱木星WASP-18b大氣奧秘！

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡揭示系外行星灼熱大氣層的首張 3D 溫度圖

“這項技術是唯一一種可以同時探測所有三個維度的技術：緯度、經度和高度” – 馬里蘭大學梅根·韋納·曼斯菲爾德

系外行星研究的開創性成就：WASP-18b 的首張 3D 溫度圖

天文學家利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 (JWST) 創建了系外行星 WASP-18b 的首張三維溫度圖，揭示了其大氣結構和組成的空前細節。這項發表在《自然天文學》上的研究，突顯了 JWST 在研究系外行星方面的強大能力。 過去的二維地圖缺乏這種三維渲染提供的深度資訊。

3D 掩星測繪：分析系外行星大氣層的突破性方法

該研究採用了一種稱為 3D 掩星測繪的技術，也稱為光譜掩星測繪，利用了 JWST 的數據。 掩星測繪分析了當行星經過其恆星後面時的輕微光線變化。

“掩星測繪讓我們能夠對我們無法直接看到的系外行星進行成像，因為它們的宿主恆星太亮了，” – 康奈爾大學瑞安·查倫納

WASP-18b：一顆獨特的“超熱木星”

WASP-18b 是一顆距離地球 400 光年的“超熱木星”，質量是木星的 10 倍，溫度接近華氏 5,000 度。其短軌道週期（23 小時）和極端溫度為觀測提供了強烈的信號。

細緻的溫度變化：WASP-18b 的熱點和冷環

3D 地圖顯示了行星向陽面的一個熱點，這是恆星光線最直接照射的地方，周圍環繞著一個較冷的環。行星上微弱的風阻礙了有效的熱量分佈。

水蒸氣的解離：系外行星大氣層中化學過程的證據

該研究檢測到熱點內的水蒸氣減少，表明水分子在高溫下正在分解。

“這是一個大氣層，但我們看到了有水的較冷區域和水正在被分解的較熱區域，” – 梅根·韋納·曼斯菲爾德
這一觀察結果證實了先前的理論預測。

未來展望：系外行星研究的潛在應用

3D 掩星測繪方法可以應用於其他“熱木星”，甚至可能應用於更小的岩石系外行星。

“終於有工具可以如此詳細地看到和繪製另一個行星的溫度，這非常令人興奮，” – 梅根·韋納·曼斯菲爾德
該方法為研究系外行星的成分和表面溫度開闢了新的途徑。

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JWST 的重要作用

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JWST 的凌星系外行星社群早期釋放科學計畫支持了這項研究，凸顯了科學研究的協作性質。

深度解析：從二維到三維，系外行星研究的範式轉移

近年來，系外行星的研究突飛猛進，從最初的發現和性質描述，逐漸走向對其大氣層和表面特徵的精確刻畫。 然而，早期的大部分研究都集中在對系外行星進行整體的、平均性質的分析，例如平均溫度、大氣組成等。 這些資訊雖然重要，但無法揭示行星大氣層內部的複雜結構和動態過程。

傳統的二維觀測方法，例如凌星光譜學，雖然可以提供關於大氣層組成的資訊，但缺乏深度方向上的解析能力。 這使得我們難以理解不同高度大氣層的溫度、密度和化學成分的變化，以及行星表面的溫度分佈。

JWST 的出現，為系外行星研究帶來了革命性的突破。 透過其強大的紅外線觀測能力和高解析度的光譜儀，JWST 可以精確測量系外行星在不同波長的光譜信號。 這種光譜信號包含了行星大氣層中各種分子的吸收和發射資訊，而這些資訊又與大氣層的溫度、密度和化學成分密切相關。

更重要的是，JWST 能夠進行三維掩星測繪，這是傳統方法無法實現的。 透過分析行星在經過其恆星後面時，光線的微小變化，科學家可以推斷出行星大氣層在不同經度、緯度和高度上的溫度分佈。 這就像是對行星大氣層進行了一次 CT 掃描，讓我們能夠看到其內部的三維結構。

WASP-18b：超熱木星的獨特之處

WASP-18b 是一顆“超熱木星”，這類行星的獨特之處在於其極高的溫度和短軌道週期。由於其極端環境，WASP-18b 的大氣層表現出許多有趣的現象，例如大氣分子的高速運動、化學反應的加速以及大氣層的強烈輻射。

WASP-18b 的短軌道週期（僅 23 小時）使得科學家可以相對快速地收集大量的觀測數據。 此外，其極高的溫度使得其大氣層發射出強烈的紅外線信號，這有助於 JWST 進行精確的測量。

未來展望：探索更多系外行星的可能性

WASP-18b 的三維溫度圖僅僅是系外行星研究的一個開始。 隨著 JWST 不斷收集新的數據，科學家們將能夠繪製出更多系外行星的三維地圖，並深入了解它們的大氣層和表面特徵。

更令人興奮的是，三維掩星測繪方法不僅可以應用於熱木星，還可以應用於更小的岩石系外行星。 這意味著，我們將有可能了解其他行星（包括潛在的宜居行星）的大氣層和表面特徵，從而更好地評估它們的宜居性。

透過這些研究，我們將能夠更深入地了解宇宙中其他行星的形成、演化和潛在的生命存在可能性。

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University of Maryland. (2025, November 2). JWST captures stunning 3D view of a
planet’s scorching atmosphere. ScienceDaily. Retrieved November 2, 2025 from
www.sciencedaily.com/releases/2025/11/251102011152.htm\n—\n Story Source:
Materials provided by University of Maryland. Note: Content may be edited for style and length.