WASP-43b的夜晚多雲，白天晴朗，赤道風以每小時5000英裏的速度呼嘯著環繞著這顆行星。

有時候，找不到和找到一樣令人興奮和有用。以熱木星WASP-43b爲例。這個被潮汐鎖住的世界有一個灼熱的、永久的白天和一個稍微涼爽的夜晚。天文學家使用韋伯太空望遠鏡繪制溫度圖並分析該行星周圍的大氣，希望在其背面探測到甲烷，這是一種常見的碳分子。但顯然沒有迹象表明這一點。爲什麽呢？結果表明，熱氣體的超音速風從日面吹來，徹底攪動了大氣，阻止了原本會在夜晚産生甲烷的化學反應。

韋伯太空望遠鏡繪制280光年外行星的天氣圖

一個國際研究小組成功地利用美國宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡繪制了熱氣體巨行星WASP-43b的天氣圖。

通過廣泛的中紅外光光譜進行精確的亮度測量，結合3D氣候模型和以前其他望遠鏡的觀測結果，表明存在厚厚的高雲覆蓋在夜側，晴朗的天空在白天，以及每小時5000英裏以上的赤道風混合了行星周圍的大氣氣體。

這項調查只是系外行星科學的最新展示，現在韋伯擁有非凡的能力，可以測量溫度變化，探測數萬億英裏外的大氣氣體。

潮汐鎖定的“熱木星”

WASP-43b是一顆“熱木星”類型的系外行星：大小與木星相似，主要由氫和氦組成，比我們太陽系中的任何一顆巨行星都要熱得多。盡管WASP-43 b的恒星比太陽小，溫度也比太陽低，但它的軌道距離只有130萬英裏，不到水星到太陽距離的1/25。

在如此緊密的軌道上，這顆行星被潮汐鎖定，一面持續發光，另一面永遠處于黑暗中。雖然夜面從未接收到來自恒星的任何直接輻射，但強烈的東風將熱量從日面傳送過來。

自2011年發現WASP-43 b以來，許多望遠鏡都對其進行了觀測，包括美國宇航局的哈勃望遠鏡和現已退役的斯皮策太空望遠鏡。

“通過哈勃望遠鏡，我們可以清楚地看到白天有水蒸氣。哈勃和斯皮策都認爲夜側可能有雲，”灣區環境研究所的研究員泰勒·貝爾解釋說，他是4月30日發表在《自然天文學》上的一項研究的主要作者。“但我們需要韋伯進行更精確的測量，才能真正開始繪制地球周圍的溫度、雲層、風和更詳細的大氣成分。”

繪制溫度和推斷天氣

雖然WASP-43 b太小，太暗，離恒星太近，望遠鏡無法直接觀測，但它的軌道周期只有19.5小時，這使得它成爲相位曲線光譜的理想選擇。相位曲線光譜是一種測量行星繞恒星運行時恒星-行星系統亮度微小變化的技術。

由于一個物體發出的中紅外光的數量在很大程度上取決于它的溫度，韋伯捕捉到的亮度數據可以用來計算行星的溫度。

研究小組使用韋伯的中紅外儀器（MIRI），每10秒測量一次WASP-43系統發出的光，持續時間超過24小時。貝爾解釋說：“通過對整個軌道的觀察，我們能夠計算出行星旋轉進入視野時不同側面的溫度。由此，我們可以構建一個全球溫度的粗略地圖。”

測量結果顯示，白天的平均溫度接近2300華氏度（1250攝氏度），足以鍛造鐵。與此同時，夜晚的溫度在1100華氏度（600攝氏度）時明顯較冷。這些數據還有助于定位行星上最熱的點（“熱點”），該點從接收到最多恒星輻射的點向東移動，恒星在行星的天空中最高。這種轉變的發生，是因爲超音速風將加熱的空氣向東移動。

來自英國萊斯特大學（University of Leicester）的合著者邁克爾·羅曼說：“我們能夠以這種方式繪制溫度圖，這一事實真正證明了韋伯的靈敏度和穩定性。”

爲了解釋這張地圖，研究小組使用了複雜的3D大氣模型，就像那些用來了解地球上天氣和氣候的模型一樣。分析表明，夜面可能被厚厚的雲層覆蓋，阻止了一些紅外光逃逸到太空中。因此，夜面雖然很熱，但看起來比沒有雲的時候更暗、更冷。

失蹤的甲烷和大風

韋伯捕捉到的廣譜中紅外光，也使測量地球周圍的水蒸氣（H2O）和甲烷（CH4）的數量成爲可能。來自英國開放大學的合著者喬安娜·巴斯托說：“韋伯給了我們一個機會，讓我們確切地弄清楚我們看到的是哪些分子，並對其豐度進行了一些限制。”

光譜顯示了行星的夜晚和白天都有水汽的清晰迹象，提供了關于雲層有多厚以及它們在大氣中延伸多高的額外信息。

令人驚訝的是，數據還顯示大氣中明顯缺乏甲烷。雖然白天太熱，甲烷不可能存在（大部分碳應該以一氧化碳的形式存在），但甲烷應該是穩定的，在較冷的夜晚可以檢測到。

喬安娜·巴斯托解釋道：“我們沒有看到甲烷的事實告訴我們，WASP-43b的風速必須達到每小時5000英裏左右。如果風把氣體從白天的一面吹到夜晚的一面，然後再吹回來的速度足夠快，那麽就沒有足夠的時間，讓預期的化學反應在夜晚的一面産生可檢測到的甲烷。”

研究小組認爲，由于這種由風驅動的混合，行星周圍的大氣化學成分是相同的，這從哈勃和斯皮策過去的研究中並不明顯。

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