在行星科学领域,一条长期被奉为圭臬的规则正面临前所未有的挑战——传统理论认为,行星能否维持大气层主要取决于两个关键因素:自身引力强度与所受恒星辐射量。引力越强、辐射越弱的行星越易保留大气,反之则大气会迅速逃逸。然而,詹姆斯·韦布空间望远镜(JWST)的最新发现彻底颠覆了这一认知:一颗距离地球约280光年、表面承受恒星辐射强度达地球数千倍的古老行星TOI-561b,竟拥有与地球引力相当的厚重大气层。
这颗直径为地球1.4倍、质量为地球2倍的"超短周期行星",以不足11小时的公转周期绕宿主恒星运行,其轨道半径仅为日地距离的1%。这种极端近距离导致行星被潮汐锁定,始终以同一面朝向恒星,形成永昼面与永夜面的极端温差。根据传统模型计算,在如此强烈的恒星辐射下,TOI-561b的大气层本应在数百万年内被完全剥离,但观测数据却显示其永昼面温度仅在1800-2150开尔文之间,较预期值低了上千开尔文。
研究团队通过韦布望远镜的近红外光谱仪,在3-5微米波段对行星进行了4次次食观测。这种观测方式通过记录行星运行至恒星后方时的辐射强度变化,能够精确推算行星的物理参数。观测结果表明,TOI-561b的热辐射特征与裸露岩石行星存在显著差异,其温度分布模式更符合存在浓厚大气层的行星特征——大气环流将永昼面的热量输送至永夜面,同时通过不透明特性减少热量散失,这种隔热效应完美解释了观测到的温度异常。
关于大气成分的溯源研究指向了行星内部的岩浆海洋。理论模型显示,富含水蒸气或水蒸气与氧气混合的大气组成与观测数据高度吻合,而二氧化碳主导的大气模型则被排除。科学家推测,这颗形成于约100亿年前的行星可能保留了行星演化初期的原始状态:岩浆海洋中溶解的挥发性物质通过火山活动持续释放,形成次生大气;同时,液态岩浆层作为挥发物储存库,不断补充因恒星风侵蚀而逃逸的大气成分。这一推测得到行星密度数据的支持——TOI-561b的密度仅为4.3克/立方厘米,远低于纯岩石行星的预期值,表明其内部存在大量低密度挥发物质。
这项发现直接动摇了天文学界沿用多年的"宇宙海岸线"法则。该法则将行星逃逸速度与恒星辐射量作为判断大气存留的核心参数,认为低逃逸速度与高辐射量的组合必然导致大气丧失。但TOI-561b的案例表明,行星大气演化机制远比想象中复杂——岩浆海洋与大气的动态相互作用、行星内部挥发物储量、大气分子质量等因素,都可能成为影响大气存留的关键变量。这一突破不仅为研究岩石行星大气起源提供了新范式,更引发关于地球早期大气形成的新思考:是否所有类地行星都曾经历过岩浆海洋释放挥发物的阶段?不同化学环境的恒星系统是否会导致行星大气演化路径产生根本性差异?随着更多极端行星的发现,人类对宇宙的认知正在经历新一轮的范式革命。











