美國國家航空航天局（NASA）的詹姆斯·韋伯空間望遠鏡（JWST）最新觀測顯示，在被昵稱為“粉色行星”的系外天體周圍，存在由鹽組成的奇特云層，為這一宇宙中最寒冷的類行星伴星之一的大氣結構提供了直接證據，并解開了困擾天文學界逾十年的謎團。相關研究由美國西北大學牽頭完成，并于6月18日發表于《天文學期刊》。

這顆“粉色行星”正式編號為 GJ 504 b，2013 年首次被發現，圍繞一顆與太陽類似的恒星運行，距離地球約 57 光年。盡管擁有“行星”之名，科學家仍未完全確定它是否應被歸類為真正的行星——其質量約為木星的 25 倍，接近巨行星與褐矮星之間的分界線，因此研究人員更審慎地將其稱為一顆“行星質量伴星”，即圍繞恒星運行的類行星天體。

GJ 504 b 之所以長期難以研究，源于其極端低溫和微弱亮度。目前直接成像的系外行星多擁有約 1000 到 2000 華氏度（約 538 至 1093 攝氏度）的高溫，而 GJ 504 b 的溫度僅約 550 華氏度（約 290 攝氏度），與烤箱內烤制面包時的溫度相當。研究團隊分析認為，這種相對“寒冷”的狀態反映出它十分古老——巨型行星在誕生時極其熾熱，但會在數十億年尺度上逐漸冷卻，GJ 504 b 的年齡估算為 25 億至 40 億年之間。

領銜研究的西北大學天體物理學中心（CIERA）博士后研究員 Aneesh Baburaj 指出，“粉色行星是利用地面儀器發現的溫度最低的伴星對象”。過去十多年間，多支團隊嘗試利用全球最大型地基望遠鏡對其進行后續觀測，以獲取大氣光譜，但都因為目標太過暗弱而未能成功。相較之下，詹姆斯·韋伯空間望遠鏡憑借其高靈敏度紅外觀測能力，能夠在約兩小時的觀測時間內成功分離出這顆伴星的大氣光譜，成為研究這類“冷暗世界”的關鍵新工具。

在此次觀測中，研究人員利用 JWST 對主星及其伴星進行高對比度成像，并通過先進數據處理方法消除了來自母恒星的強烈眩光，最終提取出伴星自身發出的光譜信號。通過將光分解為不同波長，科學家得以分析大氣中的化學“指紋”，從而推斷其中存在的元素和分子種類。Baburaj 表示，在成功獲得光譜之后，團隊很快就意識到這顆“粉色行星”的大氣特征“與此前分析過的任何對象都截然不同”。

光譜分析結果顯示，GJ 504 b 的大氣中含有水汽、甲烷、二氧化碳、氨以及多種其他分子成分。然而，當研究團隊將這些觀測結果與現有大氣模型進行對比時，最初只能在引入不切實際的極端條件時才勉強匹配數據，這顯然與物理常識相悖。真正的突破出現在科學家開始在模擬中加入云層之后：當模型中引入不同類型的云，并逐一測試它們對光譜的影響時，鹽云模型與實測數據的吻合度遠遠高于其他選項。

研究指出，這些鹽云可能遮擋了行星更深層的大氣，使得最終被 JWST 探測到的光譜信號主要來自云層上方或云層附近的區域，從而改變了分子吸收和散射的特征。Baburaj 表示，“我們在模擬中加入云層后，結果開始與我們對冷行星的理論認識相符；嘗試了三種不同類型的云，鹽云方案是最契合的。”在考慮鹽云影響后，隱藏在更深層的大氣分子特征被適度削弱，光譜模型終于在物理上變得合理。

這項工作被認為是首次為冷行星質量天體的大氣中存在鹽云提供直接證據，也驗證了科學界在十多年前提出的一類理論預測。與此同時，觀測還顯示 GJ 504 b 含有異常豐富的重元素——天文學家把氫、氦之外的元素統稱為“金屬”——這可能意味著其形成過程不同于普通巨行星。基于現有資料，研究團隊尚無法確定該天體究竟是更接近由行星盤聚集形成的“巨行星”，還是更類似通過引力塌縮形成的小型恒星或褐矮星，其起源問題仍待后續深入研究。

研究人員強調，詹姆斯·韋伯望遠鏡在這項研究中展示的方法，將為探索更多類似的暗弱、寒冷天體打開新的窗口。以木星為例，它的大氣上層覆蓋著厚厚的氨冰云，但現有儀器仍無法以與 GJ 504 b 類似的細節水平觀測這些云層結構。如今，鹽云在 GJ 504 b 大氣中的成功探測表明，天文學家正在穩步擴大可精細研究的冷世界類型，為未來探索太陽系內外云層和大氣結構提供重要參考。

Baburaj 指出，這是首次發現鹽云在解釋一顆冷行星質量天體光譜時具有“關鍵性作用”，這對構建和修正大氣模型具有重要意義。他提醒道，“這是一記重要的提醒：在模擬中必須更系統地考慮云層的存在及其影響。”隨著 JWST 繼續開展高對比度成像和光譜觀測，科學家預計將有更多類似 GJ 504 b 的冷暗系外伴星被深入研究，從而幫助人類更全面地理解宇宙中多樣化的行星與次恒星世界。