JWST首次分別測量同一行星的晨昏，溫差竟達1,775°C

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）分別讀取了同一異星球的晨空與昏空——發現兩者相差1,775°C。

這顆行星名為WASP-121 b，是一顆超熱類木星，每30小時繞其主星一圈。它處於潮汐鎖定狀態：一個半球永遠朝向主星，被烘烤至約2,500°C；另一個半球則永遠沉浸在約725°C的永夜之中。兩個半球相交之處有兩條邊界——黎明處的晨側終止線和日落處的昏側終止線。6月11日發表於《自然·天文》的一項研究同時繪製了這兩條邊界，揭示它們是化學組成截然不同的兩個環境，相距近兩千度。

韋伯如何將一次凌星讀成兩片不同的天空

凌星是指行星從主星前方經過的天象。天文學家藉由分析穿透行星邊緣的星光來探測化學指紋。通常情況下，晨側和昏側的邊緣會混合為一個平均光譜，無法區分。

改變局面的關鍵在於尺度與時機。WASP-121 b體積龐大，軌道距主星極近，在單次凌星過程中可以自轉約30度。這一自轉使晨側邊緣先於昏側邊緣掃過望遠鏡視線。研究團隊使用韋伯的NIRSpec光譜儀和NIRISS儀器，記錄了行星自轉時光訊號的持續變化，從而依次採樣了兩側邊緣的資訊。

「憑藉前所未有的觀測品質，JWST讓我們對遙遠行星有了迄今為止最為詳盡的認識，」海德堡馬克斯·普朗克天文學研究所的通訊作者Cyril Gapp說道。

仍在積聚雲層的晨側天空

晨側終止線最先進入韋伯的視野，其吸收的星光也少於昏側。

研究團隊傾向於將此歸因於矽酸鹽雲——並非水滴，而是岩石形成化合物在高層大氣凝結時生成的礦物顆粒。由於晨側大氣由來自較冷夜側的氣流補給，溫度會短暫降至足以讓矽酸鹽固化、散射入射輻射的程度。這種散射使晨側天空在光譜中顯得更為低沉。

該處一氧化碳水準相對穩定。水分子——在極端條件下大量解離——在晨側邊緣的訊號仍強於昏側邊緣。

熱到容不下水分子的昏側

凌星結束時，昏側終止線已進入視野，訊號隨之明顯改變。一氧化碳吸收增強——表明東側邊緣溫度更高。水分子變得更加稀少，原因不是行星水量減少，而是高層大氣溫度極高，足以在H₂O分子能夠吸收可探測量的光之前將其分解為氫原子和氧原子。

昏側邊緣在物理上也更為龐大。熱量使高層大氣向上膨脹，增加了星光需要穿透的氣體厚度。在相同軌道位置，昏側攔截的輻射量多於晨側。

書寫1,775°C溫差的風

兩個終止線都位於永晝側高溫爐與永夜側低溫之間的邊界，卻並非彼此的鏡像。

WASP-121 b維持著向東的強勁急流，將晝側的超熱氣體在冷卻前跨越昏側終止線輸送出去。晨側終止線則接收了已在夜側行程中散失大量熱量的氣體。1,775°C的溫差正是對大氣環流在到達黃昏前所傳遞能量的直接量度。

這與潮汐鎖定行星大氣環流模型的預測相符；而此前的測量——包括哈伯望遠鏡的觀測——只能探測兩條終止線的合併訊號，無法將它們分別解析。馬克斯·普朗克研究所的Thomas Evans-Soma（觀測計畫負責人）與約翰·霍普金斯大學天文學家David Sing均為本文共同作者。

這對宜居行星搜尋意味著什麼

WASP-121 b不會孕育生命。但它提出的問題遠不止於此。圍繞冷星運行的宜居帶岩質行星預計同樣處於潮汐鎖定狀態，擁有兩條截然不同的終止線。若兩側攜帶不同的化學特徵，搜尋生命跡象的望遠鏡就可能因採樣邊緣不同而得出不同結論。

WASP-121 b的結果是這一問題的極端示範。知道終止線不對稱性的存在，並理解其背後的驅動機制，是正確解讀它們的第一步。

關於WASP-121 b的常見問題

問：行星潮汐鎖定是什麼意思？

潮汐鎖定是指主星引力逐漸減慢行星自轉，直至一面永遠朝向主星、另一面永遠背離主星的狀態。地球的月球即處於潮汐鎖定——從地面永遠只能看到月球的同一面。WASP-121 b擁有約2,500°C的永久晝側和約725°C的永久夜側，既無季節也無晝夜循環。

問：為何晨側形成礦物雲，昏側卻沒有？

晨側終止線接收來自較冷夜側的氣流，該氣流可降至矽酸鹽固化成顆粒並形成雲層的溫度。當同一氣流抵達昏側終止線時，已被急流在穿越晝側過程中重新加熱，溫度過高，無法凝結。

問：WASP-121 b此前已被研究過嗎？

廣泛研究過。哈伯和史匹哲的早期觀測提供了大氣整體資料，但無法分別解析兩條終止線。本研究是首個在單次凌星中將晨昏邊緣讀作獨立環境的研究。

問：這對搜尋其他行星上的生命有何影響？

直接影響不大——WASP-121 b過於熾熱、質量過大，不適宜生命存在。但研究方法至關重要：宜居帶內潮汐鎖定的岩質行星也可能擁有截然不同的終止線邊緣，若只測量其中一側，可能對其宜居性作出錯誤判斷。

Cyril Gapp et al.，《Atmospheric asymmetries in WASP-121 b revealed by rotational transits detected with JWST》，Nature Astronomy，2026年6月11日。DOI：10.1038/s41550-026-02887-6

標籤: 天文學, exoplanet, JWST, Cyril Gapp, NIRSpec, terminator