JWST 相位曲线显示：熔岩世界 TOI-561b 像金星一样反射星光

有这样一颗行星，离它的恒星如此之近，一年只有大约十个小时，表面是一片覆盖全球的熔岩海洋。如今它显露出一层本不该存在的大气，而且反射率与金星相当。詹姆斯·韦布空间望远镜首次对超短周期岩石行星 TOI-561b 进行了完整的逐轨道观测，测得其邦德反照率为 0.74，意味着这颗行星把四分之三的入射星光反射回太空，与金星的 0.76 几乎相同。研究者提出的解释是高空的硅酸盐云，即汽化的岩石在高空凝结成的细小颗粒。这项研究由蒙特利尔大学的 Samuel Boucher 和滑铁卢大学的 Lisa Dang 教授领衔，于 2026 年 10 月 27 日发表在《天文学杂志》上。

让这次测量成为可能的相位曲线技术

大多数系外行星大气研究依赖次食，即在行星转到恒星背后消失时捕捉其热辐射的一张快照，只能看到炽热的白天一侧。相位曲线的野心更大：它连续追踪行星走过多个完整轨道，随着不同的半球依次转入望远镜视线，绘制出亮度和温度变化的完整图景。

由于 TOI-561b 只需 0.44 天就绕行一周，JWST 连续 37 小时的观测覆盖了将近四个完整轨道，不仅足以刻画白天一侧，还能刻画夜晚一侧、过渡区域，以及大气把热量从一个半球输送到另一个半球的效率。团队使用了JWST 的 NIRSpec 仪器 G395H 模式，覆盖 3 至 5 微米的近红外波段，这是卡内基科学研究所 Johanna K. Teske 博士领导的 GO-3860 观测项目的一部分。

岩浆海洋上空的硅酸盐云「防晒霜」

据Boucher 等人的研究，JWST 测得 TOI-561b 白天一侧的亮温约为 2050 开尔文（约 1780°C）。如果这颗行星是一块没有大气输送热量的裸岩，这个数值应当约为 3200 K。1150 度的差距指向两个同时发生的过程：大气在星光到达地表之前就反射了一部分，以及大气环流把热量从永久白昼一侧输送到永久黑夜一侧。

反射层最可能的候选是硅酸盐矿物云。在 TOI-561b 岩浆海洋上方的温度下，二氧化硅（SiO₂）和硅酸镁（MgSiO₃）可以从熔融的地表汽化，再在更高、稍冷一些的高度重新凝结成细小的矿物颗粒，尤其是在条件稍微没那么极端的昼夜交界线附近。这些颗粒能高效散射近红外光，用研究团队的话说，就像是给下方熔岩涂了一层防晒霜。合著者、伯明翰大学的 Anjali Piette 博士指出，这颗行星的大气能够留存，挑战了一个主流预期：超短周期岩石行星受到如此强烈的辐射，应该早已失去任何可观的大气。

数字之间仍存在明显的矛盾。团队测试的大气环流模型（使用多种候选大气成分，以及 0.1 至 10 巴的地表气压）表明，硅酸盐凝结云可以解释约 0.22 的邦德反照率。而观测值是 0.74，是前者的三倍多。要填补这一差距，需要现有模型尚未纳入的物理过程：也许是比模型给出的更高的云量，也许是来自尚未识别的物质的额外散射，也许是大气的整体成分本身就贡献了反射率。论文没有解决这一矛盾，而是把它确立为核心的未解问题。

为什么熔岩世界本该根本没有大气

像 TOI-561b 这样的超短周期岩石行星处在辐射强度的极端。它与恒星的距离不到地球轨道距离的四十分之一，持续受到极紫外线和 X 射线的轰击，强度足以把大气气体电离并加速到逃逸速度以上。TOI-561 本身约有 100 亿岁，大约是太阳的两倍，这让它有地球两倍长的时间来失去原生大气。

最可能的解释是内部持续补充挥发物。全球性的岩浆海洋会通过脱气释放溶解的挥发物，与此同时辐射在侵蚀上层大气。如果脱气速率跟得上，供给与流失之间的这种动态平衡可以让大气层维持数十亿年。Teske 等人2025 年 12 月的论文发表在《天体物理学杂志快报》上，仅凭白天一侧的发射光谱就首次提出了存在厚大气的论据；Boucher 等人 2026 年的研究用完整轨道的相位曲线扩展了这一结果，进一步确认了全球性的热量再分配（这需要大气环流），并首次测出了邦德反照率。

TOI-561b 在已确认有大气的熔岩世界中的位置

直到 2024 年，太阳系外还没有任何一颗岩石行星被确认拥有大气。JWST 用巨蟹座 55 e 改变了这一点，这是一颗同样炽热的超级地球，约每 17 小时绕行一周，其热量再分配模式与大气在半球之间输送热能的情形一致。TOI-561b 如今成为第二颗被确认拥有大气的岩石系外行星，也是第一颗通过完整轨道相位曲线推算出邦德反照率的岩石行星。

K2-141b 提供了一个对照案例：这颗熔岩世界似乎拥有由地表直接蒸发的 SiO 气体构成的岩石蒸汽大气，而不是整体的挥发物大气层，产生了性质完全不同的中红外特征。这表明 TOI-561b 富含挥发物的大气反映了不同的形成历史或内部化学组成。

与金星的类比需要说得精确些。金星的 0.76 邦德反照率来自覆盖全球的硫酸液滴云层。TOI-561b 达到几乎相同的数值，靠的却是岩浆海洋上空的矿物凝结云，那样的地表会让硫酸瞬间汽化。两颗截然不同、相距 280 光年的行星，通过完全不同的物理过程，得出了同样的观测结果。

未来的观测将试图弄清什么

正如 Dang 所说，论文的核心未解问题是，TOI-561b 的大气究竟「像金星，还是像一个极端版的木卫一」。类金星的大气以 CO₂ 或 SO₂ 为主，这些稳定的挥发物可以在炽热、稠密的大气中留存，并能通过整体散射解释高反射率。类木卫一的大气则主要由活跃的火山活动维持，喷发释放的 SO₂ 不断补充流失到太空的气体。

要回答成分问题，需要在更长的波段进行观测。JWST 的MIRI 仪器覆盖 5 至 28 微米，CO₂ 和 SO₂ 的分子指纹在这一波段比在 NIRSpec 的近红外窗口中更清晰；中红外数据还可以检验邦德反照率三倍的差距究竟源于缺失的云物理、某种占主导的非硅酸盐散射体，还是仅凭近红外无法区分的大气整体成分。

将于 2026 年 11 月 16 日至 18 日在巴尔的摩举行的STScI 岩石世界台长自由裁量时间研讨会，将展示 JWST 更广泛的熔岩世界项目的对比结果。TOI-561b 的反光大气究竟是这个古老星系的特例，还是超短周期这类行星的普遍特性，将取决于学界能再拿到多少条完整轨道的相位曲线，以及模型能否弥合 0.22 与 0.74 之间的差距。