WASP-43 b 夜間多雲，白天晴朗，赤道風以每小時5000 英里的速度在行星周圍呼嘯。有時候， 找不到的東西和找到的東西一樣令人興奮和有用。以熱木星WASP-43 b 為例。這個被潮汐鎖定的世界有一個炙熱的、永久的白天和一個略微涼爽的夜晚。

這幅藝術家的概念圖展示了炙熱的氣體巨型系外行星WASP-43 b的模樣。 WASP-43 b是一顆木星大小的行星，環繞著大約280光年外的一顆恆星，位於六分儀座。這顆行星的軌道距離約130 萬英里（0.014 個天文單位，或AU），大約19.5 小時就能繞行一圈。由於離恆星如此之近，WASP-43 b很可能被潮汐鎖定：它的自轉速率和軌道周期相同，因此始終有一面朝向恆星。資料來源：NASA、ESA、CSA、拉爾夫-克勞福德（STScI）

天文學家利用韋伯望遠鏡繪製了這顆行星的溫度圖，並分析了它周圍的大氣層，希望在夜面探測到甲烷這種常見的碳分子。但顯然沒有任何跡象表明存在甲烷。為什麼會這樣呢？結果表明，熱氣的超音速風從日側吹來，徹底攪亂了大氣層，阻止了化學反應，否則甲烷就會在夜側產生。

這條光變曲線顯示了WASP-43 系統在行星繞恆星運行過程中亮度隨時間的變化。這種光曲線被稱為相位曲線，因為它包含了行星的整個軌道或所有相位。由於它是潮汐鎖定的，WASP-43 b 的不同側面會隨著它的軌道旋轉進入視野。當炎熱的白天面朝向望遠鏡時，該系統顯得最亮，就在行星穿過恆星背後的次生日食前後。隨著行星繼續運行，夜面旋轉進入視線，系統變得越來越暗。過境後，行星從恆星前方經過，擋住了部分星光，隨著日側旋轉回到視野中，系統再次變亮。資料來源：NASA、ESA、CSA、Ralf Crawford（STScI）、Taylor Bell（BAERI）、Joanna Barstow（開放大學）、Michael Roman（萊斯特大學）

一個國際研究小組成功地利用美國國家航空暨太空總署（NASA）的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡繪製了熱氣巨型系外行星WASP-43 b的天氣圖。

透過中紅外光寬光譜的精確亮度測量，結合三維氣候模型和其他望遠鏡之前的觀測結果，我們發現地球上存在厚厚的高雲，覆蓋著夜晚，白天則是晴朗的天空，時速高達5000 英里的赤道風將大氣氣體混合在地球周圍。韋伯望遠鏡測量溫度變化和探測數萬億英里外大氣氣體的非凡能力，使系外行星科學成為可能。

WASP-43 b是一顆”熱木星”類型的系外行星：大小與木星相似，主要由氫和氦構成，比我們太陽系中的任何一顆巨行星都要熱得多。雖然它的恆星比太陽小，溫度也比太陽低，但WASP-43 b 的軌道距離只有130 萬英里–不到水星和太陽之間距離的1/25 倍。

在如此緊湊的軌道上，這顆行星被潮汐鎖定，一側持續發光，另一側則長期處於黑暗之中。雖然夜側從未接受過恆星的直接輻射，但強勁的東風會將日側的熱量輸送到周圍。

自2011 年發現WASP-43 b 以來，許多望遠鏡對其進行了觀測，其中包括美國太空總署的哈伯望遠鏡和現已退役的史匹哲太空望遠鏡。

“透過哈伯，我們可以清楚地看到白天有水蒸氣。”灣區環境研究所研究員、4 月30 日發表在《自然-天文學》上的一項研究的主要作者泰勒-貝爾解釋說：”哈伯和斯皮策都表明，夜間可能有雲層。

這張簡化的系外行星相位曲線圖顯示了行星繞恆星運行時恆星-行星系統總亮度的變化。當行星更多的亮面朝向望遠鏡時（全相），系統看起來更亮。當行星較暗的一面朝向望遠鏡時（新相位），當行星擋住部分星光時（凌日），以及當行星發出的光被恆星擋住時（次食），系統看起來就會變暗。 (上圖）行星繞恆星運行時其相位（發光面朝向望遠鏡的數量）的變化示意圖。 (下圖）三維圖顯示恆星-行星系統的總亮度隨行星繞恆星運行而發生的變化。在這個被稱為光曲線的圖形中，水平面是軌道位置，縱軸是亮度。 (右圖）比例尺。在軌道圖和光曲線中，顏色表示觀測到的恆星+行星的亮度：從深紫色（探測到的光量較少）到白色（探測到的光量較多）。研究人員利用相位曲線研究行星的反射率和溫度隨經度（從一側到另一側）的變化，從而深入了解行星的表面成分和大氣狀況。資料來源：NASA、ESA、CSA、Dani Player（STSCI）、Andi James（STSCI）、Greg Bacon（STSCI）

雖然WASP-43 b 太小、太暗，而且離恆星很近，望遠鏡無法直接看到，但它的軌道周期很短，只有19.5 個小時，因此非常適合進行相位曲線光譜分析，這種技術是測量行星繞恆星運行時恆星-行星系統亮度的微小變化。

由於天體發出的中紅外光量在很大程度上取決於它的熱度，因此韋伯拍攝到的亮度數據可以用來計算這顆行星的溫度。

研究團隊利用韋伯望遠鏡的中紅外線成像儀（MIRI），在超過24小時的時間裡，每10秒鐘測量一次WASP-43系統發出的光線。貝爾解釋說：”透過對整個軌道的觀測，我們能夠計算出行星旋轉時不同側面的溫度。”由此，我們可以建構出整個行星的大致溫度分佈圖。 “

測量結果顯示，日側的平均溫度接近2300華氏度（1250攝氏度）–熱度足以鍛造鐵器。同時，夜間的溫度要低得多，為1100 華氏度（600 攝氏度）。這些數據還有助於定位行星上最熱的地方（”熱點”），它與接受恆星輻射最多的地方（恆星在行星天空中的最高點）相比略微向東偏移。造成這種偏移的原因是超音速風，它將加熱的空氣向東移動。

來自英國萊斯特大學的合著者邁克爾-羅曼（Michael Roman）說：”我們能以這種方式繪製溫度地圖，這確實證明了韋伯望遠鏡的靈敏度和穩定性。”

為了解讀這張地圖，研究小組使用了複雜的三維大氣模型，就像用於了解地球天氣和氣候的模型一樣。分析結果表明，夜空可能被厚厚的雲層覆蓋，阻止了部分紅外光逃逸到太空。因此，與沒有雲層的情況相比，夜空雖然非常炎熱，但看起來卻更加昏暗和涼爽。

這組地圖顯示了炙熱的氣體巨型系外行星WASP-43 b在繞恆星運行時可見面的溫度。這些溫度是根據美國太空總署詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（NASA’s James Webb Space Telescope）上的中紅外線儀器（MIRI）從恆星-行星系統中探測到的8000多個5-12微米中紅外線亮度測量值計算得出的。一般來說，天體越熱，發出的中紅外光就越多。資料來源：NASA、ESA、CSA、Ralf Crawford（STScI）、Taylor Bell（BAERI）、Joanna Barstow（開放大學）、Michael Roman（萊斯特大學）

韋伯捕捉到的寬光譜中紅外光也使得測量地球周圍水蒸氣（H2O）和甲烷（CH4）的數量成為可能。來自英國開放大學的合著者喬安娜-巴斯托（Joanna Barstow）說：”韋伯讓我們有機會弄清楚我們看到的究竟是哪些分子，並對其豐度做出一些限制。”

光譜顯示地球在夜間和白天都有明顯的水蒸氣跡象，為了解雲層的厚度及其在大氣層中的延伸高度提供了更多資訊。

令人驚訝的是，數據也顯示大氣中明顯缺乏甲烷。雖然白天太熱，甲烷不可能存在（大部分碳應該以一氧化碳的形式存在），但甲烷在較冷的夜間應該是穩定的，並且可以檢測到。

巴斯托解釋說：「我們看不到甲烷的事實告訴我們，WASP-43 b 的風速必須達到每小時5000 英里左右。如果風把氣體從日側吹到夜側再吹回來的速度足夠快，就沒有足夠的時間進行預期的化學反應，從而在夜側產生可探測到的甲烷量。

研究小組認為，由於這種由風驅動的混合，行星周圍的大氣化學成分是相同的，而這一點在過去哈伯和史匹策的研究中並不明顯。

編譯來源：ScitechDaily