天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜，绘制出了首张遥远行星大气的三维地图。这颗被观测的行星名为WASP-18b，是一颗超高温木星，其表面温度接近5000华氏度，极端到足以使水蒸气分解。
该地图揭示了一处炽热亮点及周边温度较低的区域，证实了大气在高温下分解的模型。这一方法标志着人类在研究遥远世界方面取得了重大进展。
三维绘制遥远世界图景
天文学家绘制出了首张围绕遥远恒星运行的行星三维地图，揭示了该行星大气层中剧烈的温度差异。根据2025年10月28日发表于《自然·天文学》的研究成果，该行星上某一区域温度极高，足以使水蒸气分解。
这项研究由马里兰大学和康奈尔大学的研究团队牵头，研究对象是距地球约400光年的气态巨行星WASP-18b。这颗行星被归类为“超高温木星”，质量约为木星的十倍，仅需23小时即可绕其恒星公转一周。科学家们运用了一种名为三维食光映射（又称光谱食光映射）的技术，绘制出了这颗行星的温度分布图。这项新研究在2023年同一研究团队发表的二维版本基础上进行了拓展，首次展示了利用美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）详细探测系外行星大气的潜力。
行星测绘新维度
“这项技术确实是唯一能够同时探测纬度、经度和高度这三个维度的技术，”该论文共同第一作者、马里兰大学天文学助理教授梅根·韦纳·曼斯菲尔德说道，“这为我们研究这些天体提供了前所未有的细节层次。”
借助这一方法，天文学家得以着手绘制詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）所观测到的其他世界的大气活动图谱，就如同地面望远镜昔日绘制木星大红斑及旋转云带图谱那般。
洞察不可见之物：日食（月食）映射原理探秘
康奈尔大学天文学系博士后研究员、该论文共同第一作者瑞安·查伦纳（Ryan Challener）表示：“日食映射技术让我们能够为那些因宿主恒星光芒过盛而无法直接观测的系外行星成像。借助这台望远镜与这项新技术的结合，我们得以像研究太阳系邻近行星那样，逐步深入理解系外行星的奥秘。”
由于系外行星发出的亮度不及其所属恒星的百分之一，研究它们向来颇具难度。食相测绘法通过测量行星运行至恒星背后、自身部分区域暂时被遮挡时，恒星光线发生的细微变化来进行研究。这些微小变化可与行星上的特定位置相关联，使科学家能够绘制出一张色彩斑斓的亮度图，揭示出行星在纬度、经度和海拔上的温度差异。
炽焰世界，试炼绝佳之地
WASP-18b被证实是测试这一方法的理想目标。该行星表面温度接近5000华氏度，且公转速度极快，始终与恒星保持紧密锁定状态，因而能为詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）提供强烈且可测量的信号。
该团队早期开发的二维版本依赖于单一波长的光线，但此次研究人员利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的近红外成像仪与无狭缝光谱仪（NIRISS），对多种波长进行了分析。每种波长对应着特定的大气层与温度。通过将这些波长数据综合分析，科学家得以首次构建出该行星大气的三维图景。
热与化学的层叠交织
查伦纳解释道：“若以水吸收的波长绘制地图，你便能观测到大气中的水层；而若采用水不吸收的波长，则能探测到更深层的大气。”“若将两者结合，你就能得到这个大气层温度的三维地图。”
新绘制的地图揭示了WASP-18b这颗因潮汐锁定而永远朝向其恒星的行星上，其永久日照面存在多个截然不同的大气区域。一个圆形热点标记着接收最直接辐射的区域，而在行星边缘附近，一个较冷的环状区域将其环绕。该地图还显示，热区的水汽含量远低于其他区域，这表明极端高温正使水分子分解。
预测之证：观水之裂变
“我们已在群体层面见证了这一现象：先是看到一颗有水的较凉爽星球，而后又看到一颗无水的较炎热星球，”韦纳·曼斯菲尔德解释道。“但这是我们首次见证这一现象在同一颗星球上以不同形式呈现。虽然这颗星球只有一个大气层，但我们却观察到，较凉爽区域有水存在，而较炎热区域的水则正在分解。这一现象虽在理论上早有预测，但能通过实际观测真正看到，着实令人兴奋不已。”
绘制外星世界图景的未来
借助詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）展开进一步观测，能够使这些三维日食图的细节更为精准，从而让我们更清晰地洞察热量与化学物质在遥远行星上的相互作用方式。韦纳·曼斯菲尔德（Weiner Mansfield）表示，该方法为研究其他数百颗已确认存在于6000多颗已证实系外行星中的“热木星”打开了大门。她还希望将这一方法应用于体积更小、结构可能与地球相似的岩石行星研究。
曼斯菲尔德表示：“如今，我们终于拥有了能如此细致地观测并绘制其他星球温度图的工具，这着实令人兴奋不已。这项技术让我们未来有可能将其应用于其他类型的系外行星。举例来说，即便某颗行星没有大气层，我们仍能运用此技术绘制其表面温度图，进而有可能了解其构成成分。”“尽管WASP-18b的情况较易预测，但我相信，我们终将有机会目睹此前从未预料到的景象。”
参考文献：瑞安·C·查伦纳（Ryan C. Challener）、梅根·韦纳·曼斯菲尔德（Megan Weiner Mansfield）、帕特里西奥·E·库比略斯（Patricio E. Cubillos）、安贾莉·A·A·皮特（Anjali A. A. Piette）、路易-菲利普·库隆布（Louis-Philippe Coulombe）、海莉·贝尔茨（Hayley Beltz）、雅斯米娜·布莱西奇（Jasmina Blecic）、艾米丽·劳舍尔（Emily Rauscher）、雅各布·L·比恩（Jacob L. Bean）、比约恩·本内克（Björn Benneke）、伊莉莎·M-R·肯普顿（Eliza M.-R. Kempton）、约瑟夫·哈灵顿（Joseph Harrington）、萨迪厄斯·D·科马切克（Thaddeus D. Komacek）、维维安·帕门提尔（Vivien Parmentier）、S·L·卡斯韦尔（S. L. Casewell）、尼古拉斯·伊罗（Nicolas Iro）、路易吉·曼奇尼（Luigi Mancini）、马修·C·尼克松（Matthew C. Nixon）、迈克尔·拉迪卡（Michael Radica）、玛丽亚·E·斯坦吕克（Maria E. Steinrueck）、路易斯·韦尔班克斯（Luis Welbanks）、娜塔莉·M·巴塔利亚（Natalie M. Batalha）、克劳迪奥·卡塞雷斯（Claudio Caceres）、伊恩·J·M·克罗斯菲尔德（Ian J. M. Crossfield）、尼古拉斯·克鲁泽（Nicolas Crouzet）、让-米歇尔·德塞特（Jean-Michel Désert）、卡兰·莫拉韦尔迪哈尼（Karan Molaverdikhani）、尼古拉·K·尼科洛夫（Nikolay K. Nikolov）、恩里克·帕列（Enric Palle）、本杰明·V·拉克姆（Benjamin V. Rackham）、埃弗里特·施劳温（Everett Schlawin）、大卫·K·辛格（David K. Sing）、凯文·B·史蒂文森（Kevin B. Stevenson）、谭先宇（Xianyu Tan）、杰克·D·特纳（Jake D. Turner）和张曦（Xi Zhang）所著《基于詹姆斯·韦伯太空望远镜光谱食图绘制系外行星水平与垂直热结构》，2025年10月28日发表于《自然·天文学》。 DOI：10.1038/s41550-025-02666-9
本研究得到了詹姆斯·韦伯太空望远镜凌日系外行星研究社区早期发布科学计划的支持。
