太阳系内的天气都很难追踪。而太阳系外的天气则更难追踪。欧洲南方天文台甚大望远镜（VLT）的四台望远镜全部投入使用，一个研究团队观测了 WASP-121b（或称 Tylos）的天气，这颗系外行星距离地球约 900 光年，并首次识别出了其大气层的分层结构。
该团队在《自然》杂志上的一项研究中报告了他们的结果，他们识别出了三个翻腾的、携带化学物质的风层——其中含有铁、钠、氢和钛等元素——为未来对遥远世界的探索奠定了基础。
“这颗行星的大气行为方式挑战了我们对天气如何运作的理解——不仅仅是地球上的天气，而是所有行星上的天气，”研究作者、欧洲南方天文台的研究员 Julia Victoria Seidel 在一份新闻稿中说。“感觉就像是科幻小说里的情节。”
科幻般的发现
WASP-121b 和地球完全不同。首先，这颗系外行星是一颗没有固体表面的气态巨行星，由翻腾的云组成。其次，它以如此近的距离围绕着恒星 WASP-121 运行，以至于总是面向恒星的那一面温度极高，飙升至约 3320 华氏度或更高。
通过同时使用 VLT 的所有四台望远镜观测这颗系外行星，研究团队能够观察到 WASP-121b 大气层的结构。具体来说，他们发现了一个富含铁的风层、一个富含钠的风层和一个富含氢的风层。
Seidel 在新闻稿中表示，中间的层是一个横跨 WASP-121b 炙热一侧的急流，它“围绕行星的赤道旋转物质，而大气层较低层的一个独立流动将气体从热的一侧输送到较冷的一侧”。“即使是太阳系中最强的飓风与之相比也显得很平静。”
根据新闻稿，这项研究首次实现了研究人员能够看到并分离出系外行星大气层的具体分层，也是首次研究任何大气层（无论是太阳系内还是太阳系外）的这种特定结构。
“我们发现的结果令人惊讶，”Seidel 在新闻稿中说。“这种气候在任何行星上都是前所未见的。”
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揭示外星大气层
VLT 的一台望远镜可以观测到比我们肉眼可见的暗四倍的物体，而 VLT 的四台望远镜结合起来则可以捕捉到更暗的物体。
因此，团队转向了 ESPRESSO，这是 VLT 上一个集成了所有四台望远镜功能的仪器。ESPRESSO 捕捉到的光线是单个望远镜的四倍，使得 VLT 能够发现更暗的物体，如 WASP-121b，以及其大气中肆虐的化学风。
“VLT 使我们能够一举探测系外行星大气层的三个不同层，”研究作者、位于巴尔的摩的空间望远镜科学研究所的研究员 Leonardo A. dos Santos 根据新闻稿表示。“这种观测对于太空望远镜来说非常困难，突显了地面观测系外行星的重要性。”
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扩大搜索范围
在一项相关的《天文学与天体物理学》研究中，还在 WASP-121b 大气层最低层发现了钛的痕迹。
“我们竟然能够研究如此遥远行星的化学成分和天气模式的细节，这真是令人难以置信，”另一位研究作者、就读于瑞典隆德大学和欧洲南方天文台的学生 Bibiana Prinoth 在新闻稿中说。
为了寻找其他系外行星，该团队已经开始关注更大的望远镜，例如 ESO 的极大望远镜（ELT），该望远镜计划于 2028 年开始科学观测。
“ELT 将是研究系外行星大气层的游戏规则改变者，”Prinoth 在新闻稿中说。“这次经历让我感觉我们即将揭示一些现在只能梦想到的惊人事物。”
文章来源
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《自然》。系外行星大气急流的垂直结构
ESO。甚大望远镜
ESO。ESPRESSO
《天文学与天体物理学》。使用 ESPRESSO 在 4-UT 模式下观测 WASP-121 b 的钛化学
