在巨大的系外行星 WASP-94A b 上，每天早晨都會有由岩石礦物組成的雲朵籠罩天空。到了傍晚，這些雲朵卻消失了。
利用詹姆斯韋伯太空望遠鏡（JWST）的觀測，天文學家們在距離地球近 700 光年、位於顯微鏡座的遙遠世界上，發現了這種戲劇性的每日天氣循環。這項發現標誌著科學家首次直接觀察到熱木星型系外行星上的雲層循環。
這項發現也讓研究人員對該行星的大氣層有了更清晰的認識，有助於他們更好地理解這個世界的組成以及其天氣的行為模式。該研究發表在《科學》期刊上。
「我研究系外行星已經 20 年了，而普遍的雲層一直是我們的困擾。我們早就知道熱木星行星上的雲層無處不在，這很惱人，因為這就像試圖透過一層霧濛濛的窗戶觀察行星一樣，」共同作者兼計畫首席研究員、約翰霍普金斯大學地球與行星科學的 Bloomberg 傑出教授 David Sing 表示。「我們不僅能夠看清視野，還終於能確定雲層的成分，以及它們在行星周圍移動時是如何凝結和蒸發的。」
為了研究 WASP-94A b，科學家們觀察了該行星在其主星前方經過的過程。在這次凌星期間，JWST 能夠分別檢測行星在橫越星光時的迎風面和背風面。
迎風面代表行星的晨昏側，那裡的風將來自較冷的夜側的空氣帶往極度炎熱的晝側。背風面則充當昏昏側，空氣在此處移回黑暗中。
觀測揭示了晨昏兩側條件的顯著差異。迎風面充滿了由鎂矽酸鹽組成的雲層，這是一種在地球岩石中常見的礦物。然而，昏昏側卻幾乎沒有雲層。
研究人員認為，雲層消失有兩種可能的解釋。一種理論認為，強風將雲層捲入行星大氣層的灼熱晝側深處，從而將其從視野中隱藏起來。另一種可能性是，當雲層進入溫度超過攝氏 1,000 度的環境時會蒸發，這類似於地球上早晨的霧氣在陽光下消散，但條件卻要極端得多。
「這是一個巨大的驚喜。人們預期會有一些差異，比如早晨比傍晚涼爽——這是我們在地球上經歷的自然現象，」Sing 說。「但我們看到的是行星兩側天氣的真實二分法，以及雲層覆蓋率的巨大差異，這改變了我們對這顆行星的整個認知。」
詹姆斯韋伯望遠鏡穿透異星雲層
較清晰的昏昏側天空讓科學家獲得了以前使用哈伯望遠鏡等舊望遠鏡無法實現的機會。透過分離行星無雲的一側，研究人員可以直接檢測大氣層本身，而不是將多雲和晴朗區域的數據平均化。
「使用哈伯望遠鏡進行這類觀測時，我們會得到整個行星的平均視圖，數據來自雲層和大氣層擠壓在一起，無法區分，」第一作者 Sagnick Mukherjee 表示，他是亞利桑那州立大學的博士後研究員，在研究期間曾是約翰霍普金斯大學和加州大學聖克魯茲分校的學生。「JWST 的這種方法讓我們能夠定位我們的觀測，這有助於我們看到雲層循環。」
更清晰的數據也解決了關於該行星化學成分的一個長期謎團。早期的測量結果顯示，WASP-94A b 的氧和碳含量比木星高數百倍，這與現有的行星形成理論不符。
新的觀測描繪了一幅截然不同的景象。科學家現在估計，該行星的氧和碳含量僅比木星高約五倍，這使得它比先前認為的更類似於我們太陽系中的巨行星。
熱木星是巨型氣態行星，它們繞恆星運行的軌道非常近，甚至比水星繞太陽運行的軌道還近。由於其強烈的熱量和輻射，這些行星為科學家提供了研究極端條件下大氣化學和雲層行為的理想自然實驗室。
在研究了 WASP-94A b 之後，研究團隊檢查了另外八顆熱木星，並在另外兩顆行星上發現了類似的雲層循環：WASP-39 b 和 WASP-17 b。
接下來，研究人員計劃擴大搜尋範圍，利用一個更大的 JWST 觀測計畫，該計畫將調查許多不同系外行星的雲層循環，包括一顆在偏心軌道上穿越宜居帶的不尋常氣態巨行星。