行星迁移获决定性证据:南昆士兰大学团队利用韦布望远镜观测系外行星 TOI-1130 b 大气层

研究背景与核心发现

天文学家在一颗遥远的“热海王星”（Hot Neptune）系外行星 TOI-1130 b 上探测到富含水蒸气的大气环境。这一发现为行星科学领域长期探讨的重要理论提供了有力新证据——部分行星并非诞生于靠近其宿主恒星的位置，而是在距离恒星较远区域形成后，再逐步向内迁移。

南昆士兰大学（UniSQ）副教授 Chelsea Huang 依托美国国家航空航天局（NASA）詹姆斯·韦布空间望远镜（James Webb Space Telescope）项目，牵头开展了对 TOI-1130 b 行星大气层的观测研究。该行星距地球 190 光年，为行星系统的形成与演化机制研究提供了宝贵的研究视角。

TOI-1130 b 行星特征

• 大小与海王星相近
• 绕宿主恒星公转一周仅需 4 天
• 表面温度超过 600 度
• 上层大气约有四分之一由水蒸气构成

韦布望远镜的观测不仅探测到了水的强吸收特征，还捕捉到二氧化碳、二氧化硫及微量甲烷的信号，清晰勾勒出了该行星的大气成分构成。

行星迁移的直接证据

Chelsea Huang 副教授表示：

对 TOI-1130 b 的观测为行星迁移提供了迄今为止最清晰、最直接的大气观测证据。大气中存在大量水蒸气，直接说明这颗行星并非是在其当前所在位置形成。若其大气层有四分之一由水汽构成，唯一的途径就是在远离恒星的低温区域以冰的形式获取水分。

这颗行星的大气层富含水蒸气，表明它最初形成的位置远在宿主恒星的“水冰线”之外（即水能够结冰的地方），之后才迁移到了更近的轨道上。

观测过程与合作团队

该研究建立在多年国际合作的基础之上：

• 2020 年，Chelsea Huang 副教授和哈佛大学助理教授 Andrew Vanderburg 利用 NASA 的“凌日系外行星勘测卫星”（TESS）望远镜首次发现了 TOI-1130 星系
• 此后，凭借欧洲航天局系外行星特征探测卫星（CHEOPS）以及包括南昆士兰大学 Minerva-Australis 望远镜阵列在内的全球地面望远镜网络开展的持续观测，研究团队精准修正了这颗行星的轨道参数，并为韦布望远镜争取到了窄窗口观测时段
• 数据分析和论文撰写由麻省理工学院（MIT）博士后研究员、南昆士兰大学兼职研究员 Saugata Barat 博士主导完成，在 Chelsea Huang 副教授与 Andrew Vanderburg 教授的共同指导下开展

Chelsea Huang 副教授指出：

观测窗口每年会偏移数小时，但我们只有一次用韦布望远镜观测的机会。我们刚好在韦布望远镜观测窗口正中成功捕捉到了这次凌日现象。看到探测结果时，我们如释重负。

研究成果发表

该项研究成果发表于《天体物理学杂志快报》（The Astrophysical Journal Letters），共同作者包括：

• 南昆士兰大学：Chelsea Huang 副教授、George Zhou 博士、Duncan Wright 博士、Emma Nabbi
• 合作机构：麻省理工学院、哈佛大学、芝加哥大学、得克萨斯大学、史密森尼学会（Smithsonian Institution）、日内瓦大学、隆德大学等

研究团队后续将围绕该恒星系统中第二颗行星的大气层展开分析，预计还将取得更多新发现。

研究资助

对 TOI-1130 星系开展的这项研究由澳大利亚研究理事会（Australian Research Council）资助，隶属于 Chelsea Huang 副教授的未来学者（Future Fellowship）计划；同时该项研究也是迄今为止澳大利亚系外行星研究界获批的唯一一个中型韦布望远镜观测项目。

南昆士兰大学天文及空间科研实力

南昆士兰大学天体物理中心（Centre for Astrophysics, CA）

天体物理中心师生与美国、欧洲和亚洲领先的国际机构合作，探索发现众多太阳系外恒星，并研究恒星及其行星系统的共同演化及其对行星宜居性的影响。科研工作与大学教育紧密结合。

主要科研项目

• MINERVA-Australis 望远镜阵列：支持 NASA 凌日系外行星巡天卫星（TESS）的关键设施，利用凌日光度法探测太阳系附近的类地行星
• 共享太空远程望远镜合作：与美国路易斯维尔大学（肯塔基州）签署长期实时远程观测合作项目
• 全球恒星观测网络小组（SONG）望远镜网络澳大利亚节点：2006 年起与丹麦天文学家合作的国际项目
• SMARTnet（小孔径机器人望远镜网络）：肯特山天文台与德国航空航天中心（DLR）合作承办澳大利亚太空碎片光学跟踪站
• Twinkle 太空任务：南昆大天体物理中心是首个宣布成为英国 Twinkle 太空任务创始合作伙伴的澳大利亚机构，该任务计划发射一台 0.45 米的太空望远镜，用于行星系统的光学到红外（0.5 到 4.5 微米）光谱学研究
• RAPTOR 0.8 米望远镜：设置在肯特山天文台，专门用于观测和研究恒星及其系外行星
• 澳大利亚火球观测台：与澳大利亚科廷大学合作运行一组自动天空摄像机网络，用于观测陨石坠落
• GALAH 银河系考古学研究：为补充欧洲航天局 Gaia 巡天卫星任务，使用位于澳大利亚国家天文台 Siding Spring Observatory 的 Anglo-Australian Telescope 及其 HERMES 光谱仪进行银河系考古学研究
• The BCool 项目：观测表面温度类似太阳或更低的“冷恒星”的活动与磁场

肯特山天文台（Mt Kent Observatory）

肯特山天文台位于昆士兰南部图文巴，距离图文巴市区仅 30 分钟车程。1993 年，肯特山天文台发现黄道星座中的小行星“11927 肯特山”，并以该天文台为之命名。

肯特山天文台为 NASA 使用 MINERVA-Australis（南半球唯一专用的机器人外行星观测设施）的外行星测量卫星提供了最主要的支持。