在浩瀚宇宙中，天文学家借助先进设备，于一颗遥远的气态巨行星上有了惊人发现——水冰云。这一发现由马克斯·普朗克天文研究所的伊丽莎白·马修斯团队取得，对系外行星大气研究现有模型发起挑战。此次研究的对象Epsilon Indi Ab，与木星相似，不过其大气复杂程度远超预期。这一成果不仅深化了人类对系外行星的认知，也为未来寻找和研究类地行星奠定了基础。
人类对太阳系外行星的探索已持续多年，终极目标是探测遥远世界是否存在生命迹象，这一目标或在未来几十年内实现。早期探索（约1995年至2022年）主要聚焦于发现新系外行星，研究人员借助间接技术，确定行星的质量、大小或两者兼具。
2022年，詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）发射升空，开启了系外行星研究新阶段。借助JWST，天文学家首次能够详细研究众多系外行星的大气，深入了解其成分与结构。然而，距离直接寻找生命，仍需未来更先进的望远镜助力。
尽管JWST能力卓越，但研究类木系外行星依旧困难重重。此前观测到的大多数气态巨行星，因距离恒星更近，温度比木星高很多。这是因为研究系外行星大气的常用方法，要求行星从地球视角经过恒星前方，距离恒星近的行星更易形成这种排列，温度自然也更高。
为突破这一局限，马修斯团队另辟蹊径。他们运用JWST的中红外仪器MIRI，直接拍摄了Epsilon Indi Ab。这颗行星围绕南天印第安座中的恒星Epsilon Indi A运行。参与研究的MPIA博士生巴维什·拉杰普特介绍，该行星质量是木星的7.6倍，但直径与木星大致相同。
Epsilon Indi Ab与恒星的距离，约为木星与太阳距离的四倍。其母恒星比太阳稍小且温度更低，使得这颗行星温度相对较低，表面温度估计在200至300开尔文之间（约 -70至 +20摄氏度）。不过，它仍比温度约140开尔文的木星温暖，科学家认为这额外的热量来自行星形成时残留的热能。预计经过数十亿年，Epsilon Indi Ab会逐渐冷却，最终比木星更冷。
观测过程中，天文学家利用MIRI仪器上的日冕仪遮挡母恒星强光，探测到行星微弱光辉。他们使用11.3微米滤光片拍摄图像，此波长略高于与氨分子NH3相关的波段。通过与2024年在10.6微米拍摄的早期图像对比，团队估算出氨的含量。值得一提的是，用于放置日冕仪的机械滤轮以及MIRI相机前的滤光片，均由MPIA制造，这是德国对JWST的贡献之一。
在木星大气中，氨气和氨云主导着可见的高层结构。按其特性推测，Epsilon Indi Ab本应含有大量氨气，但不会形成氨云。然而，观测结果显示其氨含量低于预测。最合理的解释是，存在厚而不均匀的水冰云，类似地球高空的卷云，这为研究增添了复杂因素。
天文学家通常将观测数据与行星大气计算机模型对比来解读数据，但许多现有模型未包含云层，因云层模拟难度大。此次发现凸显了改进模型的必要性。研究合著者詹姆斯·芒表示，在JWST帮助下，曾经难以探测的现象如今变得可及，能探测大气结构，包括云层存在，揭示了新的复杂层次，模型正开始捕捉这些特征，为更详细刻画寒冷遥远世界打开大门。
未来观测有望提供更清晰的云层图像。美国宇航局的南希·格雷斯·罗曼空间望远镜（MPIA为合作方）预计2026至2027年发射，非常适合直接探测反射性的水冰云。与此同时，马修斯及其同事正在争取更多JWST观测时间，以研究更多寒冷的类木行星，持续完善研究技术。
