在浩瀚宇宙中，系外行星的探索一直是天文学领域的热点。近日，由宾夕法尼亚州立大学与美国国家航空航天局喷气推进实验室（JPL）的天文学家主导的一项研究，借助詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST），对一颗独特的系外行星展开了深入分析，取得了令人瞩目的成果。
这颗被命名为TOI199b的系外行星，大小与土星相近，却拥有着与地球相似的温度，在系外行星家族中显得格外与众不同。通常，巨行星要么处于极端寒冷的环境，像太阳系中的木星和土星，因远离太阳而寒冷异常；要么处于极端炎热的境地，比如许多围绕其他恒星运行的“热木星”，它们距离恒星极近，表面温度可高达数千度。而TOI199b则处于两者之间的“宇宙甜点区”，被科学家归类为温带巨行星，这类行星在已知的星球中数量稀少。
TOI199b围绕着一颗距离地球超过330光年的恒星运行，公转周期大约为100天。其估计温度约为175华氏度，虽然对于人类来说依旧炎热，但相较于“热木星”的高温，已经温和许多，甚至类似地球上阳光直射下汽车内部的温度。这样的温度条件，使得TOI199b比太阳系中冰冷的气态巨行星温暖，又远不及其他恒星周围那些超热的巨行星。
为了揭开TOI199b的神秘面纱，天文学家运用了透射光谱学这一先进方法。当行星从望远镜视角下经过其恒星前方，也就是凌日期间，部分恒星的光线会穿过行星大气层，并与大气中的元素和分子发生相互作用。詹姆斯·韦伯空间望远镜如同一个超级“分光器”，将入射的星光分解成不同的波长，就像棱镜把白光分解成彩虹一样。特定元素会吸收特定波长的光，在望远镜探测到的光谱中留下独特的“指纹”，从而反映出大气的成分。
研究人员先记录了约20小时的连续观测数据，以此建立该恒星光线的基线测量值。此次凌日过程持续了约7小时，比通常观测到的“热木星”的凌日时间要长得多。随后，科学家将凌日期间收集的光谱与基线观测数据进行对比，通过分析其中的差异，确定了哪些波长被大气中的气体吸收，进而确定了其化学成分。
研究结果显示，TOI199b的大气中富含甲烷。论文第一作者、JPL的博士后研究员亚伦·贝洛阿鲁费表示，关于温带气态巨行星组成的模型曾预测它们会含有甲烷，此次观测结果证实了理论的准确性。观测还表明大气中可能存在氨和二氧化碳。研究团队负责人胡仁宇称，通过对这颗行星的进一步观测，能够确定其大气中不同气体的相对丰度，构建出更完整的温带气态巨行星大气图景。这不仅有助于改进现有的行星模型，还能为理解行星及其大气（包括地球）的形成和演化过程提供新的线索。
此次对温带巨行星大气的首次成功研究，让科学家们信心倍增，他们计划投入更多资源和观测时间，去研究其他类似行星，以探究TOI199b是否独一无二，还是这类行星具有普遍的共同特征。参与该研究的团队还包括来自亚利桑那州立大学、约翰斯霍普金斯大学、卡内基科学研究所、加州理工学院以及加州大学圣克鲁兹分校的科学家，研究得到了美国国家航空航天局通过太空望远镜科学研究所拨款的资助。
巨行星作为太阳系中体积与质量远大于类地行星的行星类型，主要分为气态巨行星（如木星、土星）和冰态巨行星（如天王星、海王星）。它们拥有浓厚的大气层，核心多由岩石或金属构成，周围还常伴有大量卫星与光环，在太阳系行星系统中占据着重要地位。此次对TOI199b的研究，无疑为我们探索宇宙中巨行星的奥秘打开了新的窗口。
