韦布发现本应是裸岩的熔岩行星反射了74%的星光

詹姆斯·韦布空间望远镜发现，一颗被熔岩覆盖的岩石行星，它距离恒星极近，一年不到半个地球日，反射光的能力几乎与金星相当。韦布追踪了这颗行星几乎完整的轨道，发现它将大部分照射到其上的星光反射回了太空，而非吸收。

这本来不应该发生。熔岩是暗色的，而一颗受到如此强烈辐射的小型岩石世界，其大气层理应早已散失，留下一颗漆黑焦灼的球体。一颗明亮的行星意味着岩浆之上存在着某种东西：一层厚重的大气，很可能携带着由地表蒸发岩石形成的反射性云层。

这使得TOI-561 b成为太阳系外存在大气层的岩石行星中最有力的案例之一。韦布已经检查了一系列小型岩石世界，其中大多数围绕红矮星运行，结果发现它们大多是裸露的岩石。而在这里，最没有资格拥有大气层的行星，却似乎保留了它。

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这项研究由蒙特利尔大学的塞缪尔·布歇（Samuel Boucher）主导，滑铁卢大学的丽莎·当（Lisa Dang）担任项目负责人，成果发表在《天文学杂志》上。合著者、伯明翰大学的安贾莉·皮耶特（Anjali Piette）表示：“我们的发现挑战了当前的理论。我们原本预计像TOI-561 b这样受到强烈辐射的岩石行星，其大气层在数十亿年前就已经散失了。”

韦布如何称量一颗它看不见的行星的光

韦布无法直接拍摄TOI-561 b，因为它淹没在其恒星的耀眼光芒中，该恒星位于六分仪座，距离地球约280光年。韦布能做的，是以极高的精度测量恒星与行星合并的红外光芒，并观察这种光芒随行星转动而变化。

这颗行星几乎肯定处于潮汐锁定状态，一面永远朝向恒星（永昼面），另一面永远背对恒星（永夜面）。当它绕行时，韦布会先看到更多炎热的昼半球，然后看到更多夜半球。当行星运行到恒星背后时，它的光芒消失，这一下降的幅度直接给出了昼半球的光度。这种在一个轨道周期内的升降变化被称为相位曲线。

研究团队将韦布的NIRSpec仪器对准该系统，连续观测了约37小时，覆盖了近四个轨道周期，观测波段在红外波长约3至5微米之间。行星昼半球的光度仅为恒星光芒的百万分之几十。为了将其分离出来，研究人员还对恒星表面的“米粒组织”，一种缓慢沸腾的图案，会导致恒星亮度闪烁，进行了建模。

当（Lisa Dang）表示：“这种被称为相位曲线的技术揭示，这颗行星反射了大量来自其恒星的光，并且热量并非只分布在向阳面，而是被重新分布到了整个行星。这两点共同指向了大气层的存在。”

为什么数据排除了裸岩的可能性

论证的核心是能量收支。一颗暗色的裸岩行星，在这个距离上，如果吸收所有辐射且不将热量传递到夜半球，其昼半球温度应接近3200开尔文（约2900摄氏度）。韦布测得的昼半球温度约为2050开尔文（接近1780摄氏度），夜半球约为1090开尔文（约820摄氏度）。裸岩无法为其永夜面提供热量。

夜半球的温度仍然不足以解释缺失的能量，因此大部分能量必定是在被吸收之前就被反射了。根据这一平衡，研究团队推导出该行星的邦德反照率（即行星反射回太空的入射星光比例）约为0.74，误差约十分之一。金星被硫酸云包裹，反照率约为0.77；地球约为0.3；月球约为0.1。实验室测试表明，熔岩的反射率很低，因此进行反射的并非地表。

一个行星气候计算机模型也支持这一结论。研究团队测试了水蒸气、水与二氧化碳混合、以及近乎纯氧的大气模型，表面压力最高达10个大气压（地球的10倍）。暗色裸岩模型产生的相位曲线远大于观测值，而1至10个大气压的明亮大气模型（无论气体成分如何）与观测结果最为接近。作者怀疑真实的大气层可能更厚，因为该行星的低密度暗示着一个深厚的气体包层，而薄薄的一层大气无法在数十亿年的辐射中幸存。

由沙粒物质构成的云

可能的反射物是硅酸盐矿物云，这类矿物包括石英和普通沙子。昼半球温度高到足以使岩浆海洋中的岩石蒸发，而在空气冷却的地方（靠近昼半球边缘），这些蒸气可以凝结成二氧化硅和硅酸镁颗粒，它们在韦布所使用的波长下能非常高效地散射光线。

研究团队测试了最极端的情况：一颗完全不反射光的行星，因此其昼半球温度最高。即便如此，在晨侧仍然形成了云层，仅凭这些云层就能产生约0.24的邦德反照率。这表明存在一种反馈机制：云层冷却了昼半球，更冷的空气促使更多云层形成，从而使行星变得更亮。通过将光线反射回去，云层还减少了驱动气体逃逸的能量，相当于为大气层本身提供了一层防晒霜。类似效应也曾在热海王星LTT 9779 b上被提出，它是已知反射率最高的系外行星之一。

尚未解决的问题

没有人知道这颗行星的大气层由什么组成。它可能是一层致密的二氧化碳毯子，一个温度更高的金星，或者富含二氧化硫，就像木星火山卫星木卫一喷出的气体那样。气候模型对富水和富氧的混合气体拟合效果几乎一样好，作者们拒绝给出排序。

两个NIRSpec探测器给出的结果也不一致。一个显示最热点位于模型预测位置以西，另一个显示夜半球温度比任何模型都能再现的温度更低。研究团队表示，这可能是残留的恒星闪烁、一个探测器已知的漂移，或者是云层或气体成分随波长变化的真实差异。温度数据基于一个狭窄的红外窗口，该窗口错过了行星光芒的峰值，因此这些只是最佳估计值。

最深层次的问题是：大气层究竟为何存在？逃逸理论认为，一颗受到如此强烈辐射的超级地球应该被剥离得一丝不剩。作者列出了四种可能的解释：这颗行星诞生时就富含气体，像一颗迷你海王星；厚重的次生大气层泄漏速度远慢于轻质的氢大气层；行星在较远处形成，后来才向内迁移，避开了恒星最狂暴的年轻时期；或者，熔融内部锁住的气体正在重新渗出，岩浆海洋就像一个全球性的火山。可能不止一种机制在起作用。

一颗岩石太少的世界

TOI-561 b是已知围绕一颗恒星运行的四颗行星中最内侧的一颗。这颗恒星比太阳略小、略冷，年龄约100亿年（是太阳的两倍）。该行星的宽度约为地球的1.4倍，质量约为地球的2.2倍，因此密度低于地球，也低于大多数轨道如此紧密的行星，这早期就暗示了存在一层较厚的轻质物质。它绕恒星公转的距离比水星绕太阳的距离近约35倍，公转周期约10.7小时，接收到的星光强度约为地球的4700倍。

关于TOI-561 b的常见问题

什么是TOI-561 b？

一颗岩石超级地球，距离约280光年，宽度约为地球的1.4倍。它绕恒星公转一周约需10.7小时，距离极近，其表面被认为是一片全球性的岩浆海洋。

TOI-561 b有大气层吗？

证据表明有。韦布测得其昼半球温度远低于裸岩应有的温度，并且夜半球温暖，这两点共同要求存在一层厚重的大气，既能反射光线，又能将热量输送到整个行星。

熔岩行星上能有云吗？

很可能有。在TOI-561 b上，岩浆海洋蒸发的岩石蒸气在昼半球空气冷却时可以凝结成二氧化硅和硅酸镁云层，而这些云层正是其邦德反照率约0.74的主要解释。

TOI-561 b上可能存在生命吗？

不可能。昼半球温度接近1800摄氏度，表面是熔岩，这颗行星远超出我们所知的生命生存范围。它的价值在于揭示了岩石行星如何保留或失去其大气层。

下一步计划

同一批韦布数据还包括一次凌星光谱，行星经过恒星前方时，星光穿过其大气层被过滤，研究团队将在后续论文中分析这些数据，以探测大气层的厚度、成分和云层。他们还在模拟内部与大气层如何共同演化，以确定哪种逃逸路径符合实际情况。

韦布于2024年5月，在观测项目3860下用两天时间收集了相位曲线数据。由卡内基科学研究所的约翰娜·特斯克（Johanna Teske）主导的昼半球初步分析于2025年12月公布，发现该行星温度过低，不可能是裸岩。相位曲线论文于2026年9月29日在线发表，伯明翰大学于2026年10月26日宣布了这一结果。

决定性的测试将是使用韦布的MIRI中红外仪器进行相位曲线观测，这将能独立确定昼半球和夜半球的温度，受恒星闪烁影响更小，并能覆盖15微米波段，二氧化碳在此波段留下强烈信号。当（Lisa Dang）表示：“用韦布在更长波长观测这颗行星，可以为我们提供见解，帮助解释一颗如此炽热的行星如何能数十亿年保持住大气层。”

参考文献：Boucher et al., “A Highly Reflective Atmosphere on the Lava World TOI-561b Revealed by JWST/NIRSpec Phase Curves,” The Astronomical Journal, 2026. DOI: 10.3847/1538-3881/ae9763

标签: 天文学, James Webb Space Telescope, 系外行星, TOI-561 b, 熔岩行星, 系外行星大气

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