根据一项利用NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜深入观察这颗“超级膨胀”行星的新研究，超低密度行星开普勒-51d被迄今为止发现的最厚一层雾气包围。雾霾使得辨别行星大气中的化学元素以及行星形成的任何线索变得具有挑战性。图片来源：NASA

超低密度超轻行星 Kepler‑51d 被厚重雾气所笼罩：新研究揭示其成分与起源难以探测

2026年3月最新研究成果刊登在《天体物理学杂志》（The Astronomical Journal）上，显示 Kepler‑51d 这颗“超级蓬松”行星被一层极厚的雾气包围，既遮蔽了其化学成分，也掩盖了其形成过程的线索。

宾夕法尼亚州立大学（Penn State）团队利用 NASA 的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）对 Kepler‑51d 进行了更为深入的观测。该行星位于天鹅座，距离地球约2,615光年，是一个四大行星系统中最冷、密度最低的一颗。与系统中的其他两颗低密度超轻行星一样，Kepler‑51d 的直径约为土星，却只有地球质量的几倍。

“我们认为 Kepler‑51 系统内的三颗内侧行星拥有极小的核心与庞大的气体层，使它们的密度如同棉花糖般轻盈。” — Jessica Libby‑Roberts（宾夕法尼亚州立大学外行星与宜居世界中心博士后，本文第一作者）

这些超低密度超轻行星的存在严重挑战了传统的气态巨行星形成模型。传统观点认为，气态巨行星需拥有致密核心以吸引并保留气体，通常形成于距主星较远的地方；而 Kepler‑51d 的核心几乎不存在，且距离主星与金星与太阳的距离相近。

“Kepler‑51 是一颗相对活跃的恒星，其恒星风应能轻易吹散行星的大气，但具体的质量损失量尚不清楚。” — Libby‑Roberts（现为坦帕大学物理与天文学助理教授）

研究团队认为，Kepler‑51d 可能最初形成于更远的轨道后向内迁移，但关于这一系统中三颗极端行星为何会出现，仍有大量未解之谜。

由于 Kepler‑51d 位于如此遥远的距离，无法直接成像。研究人员利用行星凌日法：当行星从地球视角遮挡其宿主星时，宿主星的光强会出现细微的下降。行星大气层会对通过它的恒星光进行吸收与散射，从而在不同波长产生特征性的“指纹”。

“恒星光在抵达我们的望远镜前会先被行星大气过滤。” — Libby‑Roberts

此前，团队已用 NASA 的哈勃太空望远镜（Hubble）观测 Kepler‑51d 的近红外波段（约1.1–1.7 μm）。JWST 的近红外光谱仪（Near‑Infrared Spectrograph, NIRSpec）提升了观测精度，并将波段扩展至5 μm，理论上可获得更细致的大气成分信息。

然而，观测结果并未显示任何明显的吸收特征。

“我们认为行星的大气层中存在如此厚重的雾层，已将我们所探测的光波长全部吸收，导致我们看不到其内部特征。” — Suvrath Mahadevan（宾夕法尼亚州立大学 Eberly 物理科学学院天体物理学教授，本文共同作者）

研究人员将 Kepler‑51d 的雾层与土星最大卫星 Titan 上的氢化物雾进行了类比，但 Kepler‑51d 的雾层规模更大，几乎达到地球半径。

团队曾考虑过环形结构或倾斜轨道等替代解释。若行星拥有环且倾斜，环可能遮挡恒星光，导致行星看似更大、密度更低。然而，环应在不同波长产生一致的遮挡特征，并且需要非常特殊的角度，这与观测到的“光被更长波长更强遮挡”趋势不符。

“最简洁的解释是存在厚重雾层。环若存在，需短寿命、成分极其特殊且角度恰好匹配，这在统计上不太可能。” — Libby‑Roberts

如果能在更长波长（如 JWST 的中红外仪器 Mid‑Infrared Instrument, MIRI）观测 Kepler‑51d，可能进一步辨别环的存在或完整雾层的结构。

研究者认为，对其他超轻行星进行类似观测将有助于揭示 Kepler‑51d 的独特性。例如，目前另一研究团队正利用 JWST 观测 Kepler‑51b，可能帮助判断：

所有超轻行星是否普遍存在厚雾层？

它们的结构与形成环境是否相似？

Kepler‑51d 是否是一个特殊例外？

“在发现系外行星之前，我们对行星形成已有相当成熟的认知。” — Libby‑Roberts “然而，系外行星的多样性让我们开始质疑既有模型。解开这些行星的形成之谜，不仅帮助我们理解它们自身，也为我们在宇宙中的位置提供更广阔的视角。”

勇编撰自论文"The James Webb Space Telescope NIRSpec-PRISM Transmission Spectrum of the Super-Puff, Kepler-51d".The Astronomical Journal.2026相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。