麦吉尔大学研究员维尼什瓦拉南·克里希纳穆尔蒂领导的研究团队，利用詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）对一颗遥远的气态巨行星WASP-107b进行了观测，发现该行星正持续失去大量氦气，形成一个巨大的逃逸云团。这一突破性研究成果已发表于《自然·天文学》期刊。
此次观测具有里程碑意义：虽然此前已有研究探测到系外行星的氦气逃逸现象，但这是韦布望远镜首次直接捕捉到行星大气层以如此规模蒸发——逃逸气体形成的前导云团延伸至行星半径近十倍的范围，并在行星凌星开始前约1.5小时就已掠过恒星。
“韦布望远镜首次清晰地记录了这颗行星的氦气逃逸过程，这是目前所有系外行星中置信度最高的一次氦吸收超凌星探测，”该研究第一作者、麦吉尔大学Trottier空间研究所博士后研究员、Trottier系外行星研究所（iREx）成员克里希纳穆尔蒂表示。
该发现为了解行星大气演化提供了关键线索，尤其对WASP-107b这类气态巨行星的形成与迁移历史具有启示意义。这类行星可能最初在远离恒星处形成，随后向内迁移至当前轨道，在恒星强烈辐射的作用下，外层大气被逐渐剥离。
延伸十倍的氦气云
这项国际合作研究汇集了来自麦吉尔大学、日内瓦大学、芝加哥大学和蒙特利尔大学的科研人员，他们利用了韦布望远镜搭载的加拿大仪器——近红外成像与无缝光谱仪（NIRISS）的强大观测能力。
观测目标WASP-107b是一颗独特的“超级气态巨行星”。其轨道半径仅为水星公转半径的七分之一，直径约为木星的94%，质量却只有木星的12%，因而具有异常蓬松的结构。该行星于2017年被发现，后续研究不断深入，其中2021年由iREx前成员、当时在蒙特利尔大学攻读博士的卡罗琳·皮奥莱特-戈雷耶布所主导的研究项目取得了重要进展。
通过NIRISS的高精度数据，研究团队探测到一个延伸的氦气外逸层，其范围可达行星半径的十倍，且氦尾迹在行星沿轨道运动时前后分布。
“我们的大气逃逸模型证实，WASP-107b存在前导与后随的氦气尾迹，二者沿轨道方向延伸至行星半径十倍的距离，”来自日内瓦大学、专攻大气建模的合著者扬·卡特雷表示。
此外，团队还以前所未有的置信度再次确认了该行星大气中存在水蒸气——这一结果基于哈勃空间望远镜的早期观测，并在韦布数据中得到进一步强化。
行星迁移与大气混合的痕迹
WASP-107b大气中探测到的水信号及化学混合迹象，为揭示其形成与迁移历程提供了依据。现有证据表明，该行星最初在离恒星更远的区域形成，近期才迁移至当前紧邻恒星的轨道，这一过程可解释其蓬松且持续流失的大气状态。
“WASP-107b大气中的氧含量高于在当前位置原位形成所应有的水平。此外，另一颗距离更远的行星WASP-107c的存在，可能在其迁移过程中起到了动力学作用，”现任芝加哥大学研究员、负责本次NIRISS透射光谱建模的皮奥莱特-戈雷耶布指出。
值得注意的是，在如此低密度的行星上，NIRISS的高灵敏度本应能轻易探测到甲烷信号，但研究团队并未发现其踪迹。
“未检测到甲烷这一事实表明，来自深层大气、温度更高且甲烷更少的气体被剧烈对流带至我们观测到的上层大气中，这揭示了该行星内部存在强烈的垂直混合过程，”皮奥莱特-戈雷耶布解释道。
总体而言，韦布望远镜提供的新数据细致描绘了WASP-107b大气层如何受恒星辐射与轨道环境影响的动态图景。该研究不仅深化了对这类遥远世界演化机制的理解，也凸显了韦布望远镜在观测系外行星大气逃逸过程中无可替代的探测能力。
