一颗行星,距其恒星之近,足以让岩石熔化,表面温度高达1800摄氏度,却依然奇迹般地包裹着一层厚厚的大气。这不是科幻设定,而是詹姆斯·韦伯太空望远镜在280光年外捕捉到的真实景象。

这颗名为TOI-561 b的行星,像一颗被铁链拴在太阳近旁的滚烫石球,以远超理论预期的顽强,保留着它的大气层。天文学家曾确信,在如此极端的环境中,任何大气都会在恒星风的猛烈炙烤下瞬间灰飞烟灭。韦伯望远镜的红外观测却给出了颠覆性的答案:其表面温度比裸露岩石的预测值低了足足900度。这900度的温差,如同一份确凿的“大气存在证明书”,不仅挑战了现有行星演化理论的边界,更可能改写我们对系外行星,尤其是那些酷热世界能否孕育稳定环境的认知。TOI-561 b是一颗名副其实的“地狱行星”。它围绕着一颗距离地球约280光年的恒星运行,其轨道半径比水星到太阳的距离还要小40倍。这种极端的亲近关系,造就了它一系列不可思议的特性。这颗行星的半径约为地球的1.4倍,属于“超级地球”范畴。然而,与地球温和的环境相比,TOI-561 b的处境堪称炼狱。由于距离恒星过近,强大的潮汐力已将其彻底锁定:行星的一面永远朝向恒星,承受着永无休止的炙烤;另一面则陷入永恒的黑暗与寒冷。它公转一周仅需约11小时,这意味着在这颗行星上,“一年”甚至短于地球上的半个白天。如此靠近恒星,使得其“永昼面”的理论计算温度本应接近2700摄氏度——足以让绝大多数岩石蒸发。然而,韦伯望远镜的精确测量揭示了一个令人费解的事实:其永昼面的实际温度“只有”约1800摄氏度。这个巨大温差的背后,必然隐藏着某种高效的“冷却机制”。这颗行星的发现过程,本身就是一次对现有探测技术的极致应用。天文学家采用了一种名为“二次食”的观测方法。这种方法并非直接“看”行星,而是捕捉当行星运行到恒星背后被遮挡瞬间的极其微弱的光度变化。当这颗炽热的行星被恒星完全遮蔽时,望远镜接收到的来自该恒星系统的总红外辐射会出现一个微小的、短暂的下陷。这个下陷的幅度,就对应着行星自身发出的热辐射强度。通过测量这个强度,科学家便能精确反推出行星表面的温度。这900摄氏度的温差,是整项发现的核心线索。对于一个没有大气层、直接暴露在恒星辐射下的岩石星球(就像我们的水星或月球),其日照面的温度会迅速飙升到理论极值,并且热量无法被有效传递到背阳面。TOI-561 b显著偏低的温度强烈暗示,存在某种介质在吸收、重新分配或反射恒星的能量。这种介质,几乎可以确定就是一个真实存在的大气层。

按照经典的行星大气演化模型,TOI-561 b的大气层根本“不应该”存在。距离恒星如此之近,意味着它要承受强度难以想象的恒星风和高能辐射。这些来自恒星的粒子流,就像一把把高能锤子,会持续不断地轰击并剥离行星最外层的气体分子。理论计算认为,在如此恶劣的环境中,一颗岩石行星的原始大气会在很短的天文时间内被剥离殆尽,最终变成一个光秃秃的“熔岩球”。那么,TOI-561 b厚重的大气从何而来,又如何能长期维持?科学家提出了几种颠覆性的猜想。主流理论认为,其大气可能并非“原装”的残留物,而是来自行星内部的持续补给。一种可能是,这颗行星内部存在一个全球性的、炽热的岩浆海洋。在极端高温高压下,熔融岩石会像沸腾的水一样,持续不断地释放出各种挥发性气体,如水蒸气、一氧化碳、二氧化碳甚至二氧化硫。这些新生的气体从行星内部涌出,源源不断地补充着被恒星风剥蚀的大气层,形成了一个动态的平衡。另一种可能性则指向大气的成分本身。它的密度测量值低于典型的岩石行星,暗示其内部或大气中可能含有大量轻质元素。某些在高温下依然稳定的化合物,比如由蒸发的岩石形成的硅酸盐云,可能构成了其大气的主体。这些“岩石蒸汽”形成的云层,能够高效地反射恒星光,从而显著降低地表温度。这次发现,标志着系外行星研究进入了一个全新的时代。NASA在韦伯望远镜发射前的研究就已预言,通过测量行星的“二次食”温差来推断大气存在,是一种比传统光谱分析更高效、更抗干扰的方法。传统的大气探测主要依赖“透射光谱法”,即分析当行星从恒星面前经过时,恒星光线穿过行星大气层后产生的吸收谱线。然而,这种方法极易受到云层和雾霾的干扰。如果大气层顶部有浓厚的云,它就会像一块毛玻璃,掩盖掉下层大气分子的特征信号,导致观测结果呈现一条“平坦”的谱线,无法提供任何有效信息。正如参与该方法的科学家埃莉莎·肯普顿所说:“没有云和雾霾的系外行星大气,就像独角兽一样——我们还没见过,而且它们可能根本不存在。”相比之下,“二次食”测温法巧妙地绕开了这一难题。它不依赖于识别具体的气体分子,而是直接探测大气的宏观物理效应——即它是否能有效调节行星的温度。无论大气是由什么成分构成,只要它存在并发挥作用,就必然会导致温度分布的改变。韦伯望远镜强大的红外探测能力和巨大的集光面积,使其能够精确捕捉到这种微小的温度信号。这项技术特别适用于像TOI-561 b这样炽热的行星,能在短短几个小时的观测内给出强有力的证据。TOI-561 b的发现,其意义远超一颗奇特行星本身。它迫使天文学家从根本上重新思考,在极端环境下行星大气的形成、维持与演化机制。首先,它直接挑战了“超短周期岩石行星不可能拥有大气”的旧有观念。这为理解整个宇宙中行星大气的多样性打开了一扇新窗口。宇宙中可能存在着各式各样凭借内部地质活动“自力更生”、顽强保有大气层的奇特世界。其次,这一发现对寻找太阳系外生命具有深远的启示。在银河系中,数量最多的恒星是比太阳更小、更暗的红矮星。一颗围绕红矮星运行的岩质行星,如果要处于温度适宜的“宜居带”,就必须非常靠近它的恒星,就像TOI-561 b一样,从而面临类似的强烈恒星辐射威胁。过去,这被认为是红矮星周围行星难以孕育生命的巨大障碍。然而,TOI-561 b的例子表明,即便在如此严酷的环境中,大气层也可能以意想不到的方式存在和维持。如果连“地狱行星”都能保住大气,那么那些轨道稍远、环境更温和的“宜居带”行星,保住大气、甚至孕育海洋的可能性无疑会大大增加。正如提出该探测方法的科学家丹尼尔·科尔所言:“如果炎热的行星都能抓住大气层,那么更凉爽的行星至少也应该能做到。” TOI-561 b,这颗来自地狱的使者,反而为我们在宇宙中寻找下一个家园带来了新的希望。
韦伯望远镜凝视着TOI-561 b这个矛盾的世界——一面是足以熔化岩石的酷热,一面是维持生命摇篮的大气。天文学家们发现,行星大气或许比我们想象的更具韧性和创造力。内部的地质引擎可以成为对抗恒星风暴的盾牌,挥发的岩石本身也能构筑起保护性的云盖。每一次理论的颠覆,都意味着我们向宇宙的真相又迈进了一步。TOI-561 b的故事远未结束,它的存在本身就是一个强烈的信号:在广袤的宇宙中,生命的可能形式与存在环境,或许远超我们最大胆的想象。