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(2025-03-18 08:35:37)
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詹姆斯韦伯望远镜发现一颗有一个像蛋糕一样大气层的“流氓”行星没有恒星飞驰过太空
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詹姆斯韦伯太空望远镜已经发现了一个被铁和镁矿物云覆盖的“流氓”宇宙天体没有恒星飞驰过我们的星系。
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艺术家的SIMP 0136+0933的描画。这个宇宙天体在北半球天空中是可见的最明亮的无恒星天体。(Image credit: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI))
研究人员用詹姆斯韦伯太空望远镜已经生成从来第一个流氓系外行星一样天体的天气报告，它显示云块和碳化学物质以及高空极光。
3月3日发表在《天体物理学杂志快报》上的发现还揭示该天体拥有一个复杂的分层大气层。
地球的大气层是一个气体毯子，主要是氮气和氧气。但是太阳系中的其他行星有很不同的大气层。例如，金星的空气比地球的空气远更厚而且是尖酸刻薄的：它由硫酸组成。在我们的宇宙邻居之外的行星上也已经观测到了这种大气层的多样性：一些系外行星有被水蒸气浸透的大气层，而另一些宿主超热的沙云。
现在，研究人员已经将詹姆斯韦伯太空望远镜指向一个叫SIMP 0136+0933的神秘天体来了解更多关于它的大气层。该研究的主要作者、波士顿大学天文学系的研究生麦卡锡（Allison McCarthy）说，这个天体的身份仍然是模糊不清的。
她在一封电子邮件中告诉《生活科学》杂志，“传统意义上它不是一颗行星，因为它不环绕一颗恒星”。她补充道，“它也有一个比一个典型的褐矮星（所谓的‘失败的恒星’） 更低的质量”。
SIMP 0136+0933有一个2.4小时的日长，位于20光年外的船底座星云中。因为它是在北半球中最明亮的自由漂浮行星质量天体并且远离可能混淆观测的恒星，它已被美国宇航局斯皮策太空望远镜等望远镜直接的拍摄。这些观测揭示SIMP 0136+0933有一个异常的可变化的大气层，在电磁波谱的红外区域（人类会将其感知为热）中有波动。但造成这种变化性的物理现象仍然是未知的。
为揭示这些过程，麦卡锡及同事用詹姆斯韦伯太空望远镜的近红外光谱仪来测量SIMP 0136+0933发射的短波辐射的强度。2023年7月23日，他们在近三个小时内收集了大约6000个这样的数据集，从整个天体采样。然后在接下来的三个小时里，他们用太空望远镜的中红外仪器对更长的波长重复了这一过程。
然后，研究人员创建了光曲线来显示红外辐射的“亮度”（或强度）多随时间变化。这些曲线揭示了不同波长不一样的行为。在任何一点上一些变亮了，另一些变暗了，一些没有变化。尽管如此，研究人员发现光曲线形成了三个簇，每个簇都有一个特定的尽管有些可变的形状。
上图中用詹姆斯·韦伯太空望远镜的红外辐射数据创建的光曲线帮助揭示SIMP 0136+0933有两层云层。(Image credit: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI))
类似的光曲线形状提示类似的大气机制正在造成它们。为确定这些研究人员建立了SIMP 0136+0933大气层模型。这使他们能够来推断第一个波长簇起源于一个低躺的铁云层，第二个波长簇来自更高躺着的镁橄榄石云层。云层也可能是块的，这可能已经造成了波长簇曲线中的一些变化性。
但云不能解释第三个波长簇，它似乎起源于它们之上的云。相反，研究人员相信这种辐射来自“热点”，或可能源于射电极光的大气层的口袋。这些射电极光类似于地球的北极光，但它们在射电波长范围内。
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然而甚至这些模型不能解释所有的观测，比如为什么第一个簇的曲线有如此多样的形状。研究人员提出碳基化学物质的团块如大气层中的一氧化碳等可能一直是负责的，在某些时候吸收某些波长的辐射。
麦卡锡说，“虽然这些可变性机制已经被假设，但这是我们第一次直接在SIMP 0136的大气层中观测了它们”。但从长远来看，几个小时的观测不足以了解SIMP 0136+0933的大气层。为此，研究人员将需要在几天内研究该天体，可能的用美国宇航局的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜，该望远镜预计被在2027年发射。
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