韦伯望远镜观测到最冷褐矮星水冰云层动态变化

詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）对已知最冷的褐矮星 WISE 0855 进行了动态气象观测。在长达 11 小时的监测中，这颗天体高空的水冰云层厚度不断发生变化，深层气体持续向上翻涌。由亚利桑那大学斯图尔德天文台助理天文学家布列塔尼·迈尔斯（Brittany Miles）领导的研究团队将该成果发表在《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）上。亚利桑那大学称，这是首次直接证实太阳系外天体的水云厚度会随时间改变。

“这是我们第一次确认邻近系外天体上的水冰云层正在变薄或增厚，”迈尔斯在校方新闻稿中表示，“在韦伯望远镜之前，我们只能依靠测光数据，云层、化学成分和温度的效应全都混杂在一起。现在我们终于能将它们区分开来。”

双层结构与两种运行节奏

2023 年 12 月 2 日，韦伯望远镜的近红外光谱仪（NIRSpec）每 15 分钟为 WISE 0855 拍摄一次光谱。在部分波段，光线强弱波动幅度高达 10%。研究人员发现大气中至少存在两个同时运行的动力学过程：

1. 高空斑块状的水冰云层随着天体自转不断移入和移出视野；
2. 强烈的对流作用将一氧化碳和磷化氢从更深、更热的底层向上抽取。后一种现象被称为“非平衡化学”（disequilibrium chemistry），即气体的垂直运动速度超过了化学反应恢复平衡的速度。

不过，论文本身的论述相比官方通报更为严谨。论文指出，斑块状水云的证据来自观测数据与大气模型的拟合比对，而非对云层的直接成像。在团队测试的所有情境中，包含云层的模型与数据的吻合度均优于无云模型，但没有单一模型能完全匹配整段光谱。此外，一氧化碳与磷化氢的剧烈波动幅度，也无法单靠云层或温度变化来解释。

极度寒冷的近邻天体

WISE 0855 距离地球约 7.4 光年，表面温度约为 265 开尔文（约零下 8 摄氏度）。它的质量大约是木星的两倍，但体积与木星相近。天文学家早在 2016 年就怀疑其存在水云，当时加州大学圣克鲁兹分校的安德鲁·斯基默（Andrew Skemer）团队通过双子星天文台（Gemini North）的观测发现了强有力证据，斯基默团队随后也主导提出了本次韦伯望远镜观测计划。

目前 WISE 0855 的自转周期尚未完全确定。韦伯望远镜的数据显示信号每 5.4 到 5.6 小时重复一次，而早先斯皮策太空望远镜的数据则指向约 9 小时。研究团队表示，需要跨越不同日期进行超过 20 小时的连续观测，才能将自转特征与局部强风或大气波动彻底剥离。迈尔斯计划继续利用韦伯望远镜开展后续观测，以精确锁定其自转周期并还原三维大气运动过程。