褐矮星水云厚度变化机制首次直接获证

美国亚利桑那大学斯图尔德天文台科学家领导的团队利用詹姆斯·韦布空间望远镜，首次直接证实太阳系外一颗褐矮星上的水云会随时间推移变厚或变薄，并实时观测到其大气深处的气体向上输送过程。这一发现有助于揭示褐矮星和气态巨行星大气中的天气变化机制。相关研究发表于最新一期《天体物理学杂志》。

这是艺术家对褐矮星的构想。褐矮星的生命初期与恒星类似，但它们永远无法积累足够的质量，使其核心能够稳定地发生原子聚变并发出星光。图片来源：加州理工学院 研究团队以距离地球约7.5光年的褐矮星WISE 0855为研究对象，利用韦布望远镜连续观测11个小时，每隔15分钟采集一次光谱数据，获得了迄今最详细的该天体大气变化记录。 褐矮星介于行星和恒星之间，质量不足以维持恒星内部持续的氢核聚变，主要依靠形成时残留的热量发光。WISE 0855的温度约为265开尔文（约零下8摄氏度），质量约为木星的两倍，大小与木星相近，是目前已知温度最低的褐矮星之一。 研究发现，WISE 0855的大气变化主要受到两种过程影响。一方面，随着天体自转，不同温度和云层覆盖情况的区域依次进入观测视野，高空水云的厚度也随之变化。另一方面，大气深处的热量驱动对流，将一氧化碳、磷化氢等气体向上输送，使这些气体在大气中的分布发生变化。 此前，科学家主要通过测光数据研究褐矮星的亮度变化，但云层、温度和化学成分的影响往往相互混杂，难以分别识别。此次，韦布望远镜搭载的中分辨率光谱仪能够追踪不同分子对应的光谱特征，帮助科学家区分云层变化与深层气体输送产生的信号，并实时观察它们的变化。 类似的气体输送过程也发生在木星大气中。对流能够将深层高温区域的气体带到上层大气，这一过程与非平衡化学密切相关。此次研究进一步揭示了这一过程随时间变化的特征，为理解褐矮星大气的动态活动提供了新证据。 尽管褐矮星并非真正的行星，但其大气中的对流、云层变化和化学过程与气态巨行星存在相似之处。相关研究成果有望帮助科学家更好地理解太阳系外气态巨行星的大气结构与天气变化机制。