系外行星大氣研究對人類理解行星形成、演化及宜居性具有重要意義。科研人員通過解譯不同類型的行星大氣成分和結構，可追溯行星系統形成歷史與行星遷移路徑，并評估其潛在的生命宜居環境。受大氣環流影響，系外行星晨昏兩側大氣或在溫度、成分及氣溶膠特性等方面存在差異。目前，高分辨率地基觀測已在多顆超熱/熱木星中揭示晨昏大氣不對稱，但具備良好的紅外能力、光譜觀測及時空分辨率的空間望遠鏡，可為精準探測晨昏線上溫度梯度與化學分布帶來新視角。
WASP-39 b是圍繞距離地球約700光年的G型恒星運行的溫熱土星質量行星，其軌道周期約為4天，平衡溫度約為900℃，大氣層膨脹且相對通透，是研究系外行星大氣成分的理想目標。此前，詹姆斯·韋布空間望遠鏡對該行星進行了詳細觀測，并在大氣中探測到水、二氧化硫、二氧化碳等多種分子，為系外行星大氣化學和動力學研究樹立了重要標桿。但是，詹姆斯·韋布空間望遠鏡早期科學項目研究中均采用傳統的一維大氣模型來解釋WASP-39 b大氣特性，未能充分利用詹姆斯·韋布空間望遠鏡提供的高精度數據來探究行星晨昏大氣或存在的不對稱現象。
近日，中國科學院紫金山天文臺研究員季江徽團隊聯合上海交通大學、中國科學技術大學科研人員，利用詹姆斯·韋布空間望遠鏡數據與二維大氣反演模型，揭示了熱木星WASP-39 b大氣層晨昏不對稱現象，并引入基于淺水模擬的動力學約束來提供物理合理的晨昏溫度差異。
該團隊基于WASP-39 b系統特性，構建四種二維透射光譜模型，并與傳統一維方法進行對比。其中，兩種模型融入基于淺水模擬的動力學約束，為晨昏溫度差異提供物理上合理的約束條件。同時，研究人員對詹姆斯·韋布空間望遠鏡NIRSpec/PRISM觀測數據、前期HST、VLT及Spitzer望遠鏡合并數據集進行分析。結果表明，二維反演模型優于傳統一維方法，并確認WASP-39 b存在顯著的晨昏大氣不對稱現象，且WASP-39 b晨間區域多云、溫度較低、霧霾散射較強，而傍晚區域溫度更高且相對晴朗。
進一步，該團隊在二維框架內無約束模型反演出晨昏溫差大于引入動力學約束模型，且大于獨立晨昏光譜反演所得到的溫差，但無約束模型結果可更好地擬合CO2光譜特征。目前，從貝葉斯證據角度，難以判斷這些二維方法之間的優劣。研究表明，晨昏大氣中擁有一致的碳氧比(C/O)，但云和霾性質差異顯著。
這一研究有助于學界深入了解溫熱土星質量行星的大氣晨昏不對稱現象，為今后熱木星樣本研究提供了新途徑。同時，該研究將動力學約束引入系外行星大氣晨昏不對稱研究中，有望為學界探討系外行星大氣環流、成分及氣溶膠分布提供新視角，并提高詹姆斯·韋布空間望遠鏡和其他天文設施對系外行星大氣特性評估的準確性。
相關研究成果發表在《天文學雜志》（The Astronomical Journal）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、中國科學院等的支持。
論文鏈接
淺水模型模擬WASP-39 b 的溫度分布圖
本文鏈接：研究揭示熱木星大氣晨昏不對稱性http://www.sq15.cn/show-12-1187-0.html
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