美国宇航局的韦伯太空望远镜在一颗柠檬形系外行星上发现了奇特的大气层。

芝加哥大学科学家称，遥远的行星PSR J2322-2650b挑战了我们对行星形成的理解。

　　

科学家利用美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜观测到了一种全新的系外行星，其大气成分挑战了我们对这类行星形成方式的理解。 

这个奇特的柠檬形天体，其核心可能含有钻石，模糊了行星和恒星之间的界限。 

这颗正式名称为PSR J2322-2650b的天体拥有前所未见的、以氦氦和碳为主的奇特大气层。它的质量与木星相仿，但大气层中漂浮着烟尘云——在行星深处，这些碳云可以凝结成钻石。它围绕着一颗快速旋转的中子星运行。

地球是如何形成的，至今仍是个谜。

“这颗行星围绕着一颗极其奇特的恒星运行——它的质量与太阳相当，但体积却只有一座城市那么大，”芝加哥大学的迈克尔·张解释道，他是这项研究的主要负责人，该研究已被《天体物理学杂志快报》接收发表。“这是一种前所未见的全新行星大气层。”

“这绝对是一个惊喜，”华盛顿特区卡内基地球与行星实验室的团队成员彼得·高说，“我记得当我们拿到数据后，我们所有人的反应都是‘这到底是什么？’”

一对奇特的组合

这颗新发现的行星 PSR J2322-2650b 围绕着一颗快速旋转的中子星（也称为脉冲星）运行。 

这颗恒星会以毫秒级的规律间隔，从其磁极发射电磁辐射束。但它发射的主要是 伽马射线和其他高能粒子，这些粒子对于韦伯望远镜的红外探测能力来说是不可见的。 

这意味着科学家可以对行星在其整个轨道上的细节进行深入研究——这通常是一项极其困难的任务，因为恒星通常比它们的行星明亮得多。 

“这个系统的独特之处在于，我们能够观测到被其宿主恒星照亮的行星，却完全看不到宿主恒星本身，”斯坦福大学研究生玛雅·贝莱兹奈解释道，她参与了行星形状及其轨道几何形状的建模工作。“因此，我们能够获得非常纯净的 光谱。而且，与研究普通系外行星相比，我们可以更详细地研究这个系统。” 

团队对地球进行了一番评估后，结果令人惊讶。 

张说：“我们没有在系外行星上发现我们预期会看到的普通分子，如水、甲烷和二氧化碳，而是发现了分子碳，特别是 C3 和 C2。” 

在地球核心，受到巨大压力，碳有可能被挤压成钻石。 

但对科学家来说，更大的问题是这样一颗行星究竟是如何形成的。 

张说：“很难想象这种极富碳的成分是如何形成的。这似乎排除了所有已知的形成机制。”

“一个值得追寻的谜题”

PSR J2322-2650b 距离其恒星非常近，仅有 100 万英里。相比之下，地球到太阳的距离约为 1 亿英里。 

由于其轨道非常紧密，这颗系外行星的整个一年——绕其恒星运行一周所需的时间——只有 7.8 小时。 

研究团队利用模型分析行星在其轨道上的亮度变化，发现质量更大的脉冲星产生的巨大引力将这颗木星质量的行星拉成了柠檬形状。

这颗恒星和系外行星可以被视为一个“黑寡妇”系统。“黑寡妇”系统是一种罕见的类型，其中一颗快速旋转的脉冲星与一颗质量较小的伴星相伴。过去，伴星的物质会不断流向脉冲星，使其自转速度逐渐加快，从而产生强烈的星风。这种星风及其辐射会轰击并蒸发这颗质量较小、体积也较小的恒星。 

就像它名字所指的蜘蛛一样，脉冲星会慢慢地吞噬它不幸的伴侣。

但在这种情况下，国际天文学联合会正式将这颗微小的伴星认定为系外行星，而不是恒星。 

张说：“这颗天体是像普通行星那样形成的吗？不是，因为它的成分完全不同。它是像‘普通’黑寡妇星系那样，通过剥离恒星外层物质形成的吗？可能也不是，因为核物理不会产生纯碳。” 

团队成员罗杰·罗曼尼（Roger Romani）来自斯坦福大学和卡弗里粒子天体物理与宇宙学研究所，是世界上研究黑寡妇星系最杰出的专家之一。他提出了一种可能在这种独特大气层中发生的引人入胜的现象。 

“随着伴星冷却，其内部的碳氧混合物开始结晶，”罗曼尼推测道。“纯碳晶体漂浮到表面并与氦氦混合，这就是我们所看到的。但随后必须发生某种变化来阻止氧和氮的扩散。而这正是争议所在。”

“不过，不知道所有事情也挺好的，”罗曼尼说。“我很期待了解更多关于这种奇特氛围的信息。有这样一个谜题可以解开，感觉很棒。”

凭借其红外观测能力和极高的灵敏度，只有韦伯太空望远镜才能做出这项发现 。它位于距离地球一百万英里的高处，巨大的遮阳罩使仪器保持极低的温度，这对于进行这些观测至关重要。 

张解释说：“地球上很多东西都很热，这些热量会严重干扰观测，因为它又增加了一个光子源，我们必须加以处理。从地面上进行观测是绝对不可能的。”

参与这项研究的芝加哥大学其他科学家包括 Jacob Bean 教授、研究生 Brandon Park Coy 和 Rafael Luque，后者当时是芝加哥大学的博士后研究员，现在就职于西班牙安达卢西亚天体物理研究所。