詹姆斯·韦布发现棕矮星尘暴新机制

国际研究团队利用詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）的观测数据，对棕矮星如何形成巨大的尘暴现象提出了新解释，这一发现挑战了以往的科学假设。该研究由上海交通大学主导，团队成员包括西安大略大学的斯塔尼米尔·梅切夫教授等学者，成果已发表于权威期刊《科学进展》。

棕矮星是一种介于巨行星与恒星之间的天体，其质量不足以在核心引发持续的氢聚变反应，因此自形成后便持续冷却。经过数十亿年的演化，它们的温度逐渐降低，大气特征与巨行星日趋相似。部分质量可达木星十倍以上的棕矮星，常被称为“超级木星”。由于它们与系外巨行星（围绕其他恒星运行的大型行星）在物理性质与大气活动上高度相似，这类天体成为研究行星大气动力学的理想模型。

长期以来，科学界普遍认为棕矮星的大气循环模式与木星相似，即主要由东西向的强风带及长期存在的风暴系统主导。“我们的研究对这一观点提出了质疑，”物理与天文学教授梅切夫指出，“部分棕矮星的大气行为可能与木星模式存在根本差异。通过模拟超级木星光变曲线，我们发现其大气环流可能遵循一套不同的物理机制。”

此项研究建立在对棕矮星的长期观测基础之上。过去十年间，梅切夫团队系统研究了棕矮星上的大气风暴现象，并率先在较温暖的棕矮星（如本次研究对象 VHS 1256B）中广泛探测到尘云或“沙尘”结构。此前，梅切夫曾与上海交通大学李政道学者谈现瑜博士及其他合作者共同发表研究，通过韦布望远镜在 VHS 1256B 的大气中直接探测到尘埃成分。

早期观测显示，VHS 1256B 的亮度随时间呈现显著波动，这种“大振幅光变”通常预示着大气中存在剧烈变化的结构，如大规模的尘暴活动。基于此，谈现瑜、梅切夫与合作团队构建了全新的大气模型，以模拟 VHS 1256B 的光变特征，并将结果与韦布望远镜的实际观测数据进行比对。模拟表明，该棕矮星的光变并非由类似木星的环流引起，而是源于一种大规模的赤道波动。

这种波动由赤道区域云层对太阳辐射吸收不均所触发，大气受热差异导致物质东西向运动，进而形成范围广阔的尘暴。该过程被称为“云层—辐射反馈机制”，它既能解释 VHS 1256B 观测到的高幅度亮度变化，也与其光变曲线长期缓慢漂移的特征相符。

“云层—辐射反馈机制虽曾被理论提出，但模型的验证必须依赖实际观测，这往往比理论构建更具挑战，”谈现瑜表示，“幸运的是，VHS 1256B 的观测数据与我们的模拟结果高度吻合，从而证实了这一机制在超级木星大气中的可行性。当然，其他物理过程的作用仍不能完全排除。”

研究发现，以 VHS 1256B 为代表的超级木星之所以大气行为与木星迥异，主要源于其大气温度更高、对辐射响应更敏感。这种快速辐射—动力耦合抑制了类似木星的多个平行环流带的形成，转而激发起大尺度的赤道波动。相较之下，木星大气温度较低，环流主要通过较慢的湍流过程组织形成。

加州大学圣克鲁兹分校教授、本研究合作者张希总结道：“巨行星大气环流机制一直是行星科学中的重要开放问题。在超级木星上新发现的波动动力学过程，为我们检验相关理论提供了独特的自然实验室。”