（神秘的地球uux.cn）据美国国家航空航天局：一个国际研究小组发现，之前观测到的被称为SIMP 0136的自由漂浮行星质量物体的亮度变化一定是大气因素复杂组合的结果，不能仅用云来解释。

利用美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜监测SIMP 0136在两个完整旋转周期内发射的广谱红外光，该团队能够检测到以前隐藏在视线之外的云层、温度和碳化学的变化。

这些结果为我们深入了解太阳系内外气态巨行星大气的三维复杂性提供了至关重要的见解。对这些物体的详细描述是利用美国国家航空航天局的南希·格雷斯罗马太空望远镜对太阳系外行星进行直接成像的必要准备，该望远镜计划于2027年开始运行。

快速旋转，自由浮动

SIMP 0136是一个快速旋转的自由漂浮物体，质量大约是木星的13倍，位于银河系，距离地球仅20光年。虽然它没有被归类为气态巨行星——它不围绕恒星运行，而是可能是一颗褐矮星——但SIMP 0136是外太空气象学的理想目标：它是北方天空中同类中最亮的物体。因为它是孤立的，所以可以观察到它，而不用担心宿主恒星造成的光污染或变化。它的旋转周期仅为2.4小时，因此可以非常有效地进行调查。

在韦伯观测之前，SIMP 0136已经使用地面天文台和美国宇航局的哈勃和斯皮策太空望远镜进行了广泛的研究。

波士顿大学博士生、今天发表在《天体物理学杂志快报》上的一项研究的主要作者Allison McCarthy解释说：“我们已经知道它的亮度是不同的，我们相信有斑块状的云层在视野内外旋转，并随着时间的推移而演变。”。“我们还认为可能存在温度变化、化学反应，以及极光活动对亮度的一些影响，但我们不确定。”

为了弄清楚这一点，该团队需要Webb在宽波长范围内测量非常精确的亮度变化的能力。

图A：孤立行星质量物体SIMP 0136（艺术家概念）

这位艺术家的概念展示了基于美国国家航空航天局詹姆斯·韦伯太空望远镜最近的观测以及哈勃、斯皮策和众多地面望远镜的先前观测，孤立的行星质量物体SIMP 0136的样子。研究人员使用Webb的NIRSpec（近红外光谱仪）和MIRI（中红外仪器）来测量物体完成两次2.4小时旋转时红外光亮度的细微变化。通过分析不同波长的亮度随时间的变化，他们能够检测到不同深度云层覆盖的变化、高层大气的温度变化以及物体不同侧面旋转时碳化学的变化。这幅图是基于韦伯的光谱观测。韦布没有捕捉到该物体的直接图像。图像：uux.cn美国国家航空航天局、欧洲航天局、加拿大航天局和约瑟夫·奥姆斯特德（STScI）

绘制数千道红外彩虹图

使用NIRSpec（近红外光谱仪），Webb捕获了数千个0.6至5.3微米的单独光谱——在物体完成一次完整旋转的三个多小时内，每1.8秒一个。紧接着，使用MIRI（中红外仪器）进行了观测，该仪器收集了数百个5至14微米光的光谱测量值，每19.2秒一次，在另一个旋转过程中。

结果是数百条详细的光曲线，每条曲线都显示了当物体的不同侧面旋转到视野中时，非常精确的波长（颜色）的亮度变化。

都柏林三一学院的首席研究员Johanna Vos说：“在几分钟内看到这个物体的全谱变化令人难以置信。”。“到目前为止，我们只有哈勃望远镜的近红外光谱的一小部分，以及斯皮策望远镜的一些亮度测量值。”

研究小组几乎立即注意到，有几种不同的光曲线形状。在任何时候，一些波长都在变亮，而另一些波长则变暗或根本没有太大变化。许多不同的因素一定会影响亮度变化。

同样来自波士顿大学的合著者Philip Muirhead解释说：“想象一下，从远处观察地球。如果你分别观察每种颜色，你会看到不同的图案，告诉你一些关于地球表面和大气层的信息，即使你无法分辨出每种特征。”。“蓝色会随着海洋的旋转而增加。棕色和绿色的变化会告诉你一些关于土壤和植被的信息。”

图B：孤立行星质量物体SIMP 0136（近红外光谱光曲线）

这些光曲线显示了来自孤立行星质量物体SIMP 0136的三组不同波长（颜色）的近红外光在旋转时的亮度变化。韦伯的近红外光谱仪（NIRSpec）在2023年7月23日的大约3小时内收集了5726个光谱，每1.8秒一个。亮度的变化被认为与不同的大气特征有关——由铁颗粒组成的深云、由硅酸盐矿物微粒组成的高层云以及在视野内外旋转的高海拔冷热点。右侧的图表说明了SIMP 0136大气的可能结构，彩色箭头表示光曲线中显示的相同波长的光。粗箭头表示更多（更亮）的光线；细箭头表示光线较少（较暗）。图像：uux.cn美国国家航空航天局、欧洲航天局、加拿大航天局和约瑟夫·奥姆斯特德（STScI）

斑片状云、热点和碳化学

为了弄清楚是什么导致了SIMP 0136的变化，该团队使用大气模型来显示每种波长的光在大气中的起源。

麦卡锡解释说：“不同的波长提供了大气中不同深度的信息。”。“我们开始意识到，具有最相似光曲线形状的波长也探测到了相同的深度，这强化了它们一定是由相同机制引起的这一观点。”

例如，一组波长起源于大气层深处，那里可能有由铁粒子组成的斑片状云。第二组来自更高的云层，被认为是由硅酸盐矿物的微小颗粒组成的。这两条光曲线的变化都与云层的斑块有关。

第三组波长起源于非常高的高度，远远高于云层，似乎与温度有关。明亮的“热点”可能与之前在无线电波长处探测到的极光有关，也可能与大气深处热气的上升流有关。

一些光曲线不能用云或温度来解释，而是显示了与大气碳化学相关的变化。可能有一氧化碳和二氧化碳在视野内外旋转，或者化学反应导致大气随时间变化。

沃斯说：“我们还没有真正弄清楚这个谜题的化学部分。”。“但这些结果真的很令人兴奋，因为它们向我们表明，甲烷和二氧化碳等分子的丰度可能会随着时间的推移而发生变化。如果我们正在研究一颗系外行星，并且只能得到一个测量值，我们需要考虑到它可能无法代表整个行星。”

这项研究是韦伯3548号一般观察员计划的一部分。

詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的空间科学天文台。韦伯正在解开太阳系的谜团，展望其他恒星周围的遥远世界，探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。韦伯是美国国家航空航天局及其合作伙伴欧洲航天局和加拿大航天局领导的一个国际项目。

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