WASP-107b是一顆高度活躍的K型主序星，位於室女座，距離我們約212光年，於2017年首次發現，是已知密度最小的系外行星之一，天體物理學家將此型別稱為「超級泡芙」或「棉花糖」行星。這顆行星的軌道距離恆星非常近，比地球到太陽的距離還要近16倍以上，公轉週期為5.7天。在所有已發現的系外行星中有著最冷的大氣層，儘管它的溫度高達攝氏500度，但仍然比地球熱得多。這種高溫被認為是行星略微非圓形的軌道引起的潮汐加熱結果，可以解釋WASP-107b為何能夠如此膨脹。韋伯非凡的靈敏度和測量穿過系外行星大氣層的光的能力使這一結果成為可能，讓我們得以解釋了數十顆低密度系外行星的膨脹現象，有助解決系外行星科學中長期存在的謎團。
圖說：藝術家對WASP-107 b的想像圖。圖片來源：NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
WASP-107 b的體積是木星的四分之三以上，但質量卻不到十分之一，是已知密度最小的行星之一。雖然蓬鬆的行星並不罕見，但大多數溫度更高、質量更大，因此更容易解釋。研究團隊表示根據其半徑、質量、年齡和假設的內部溫度，認為WASP-107 b有一個非常小的岩石核心，周圍環繞著大量的氫和氦。但很難理解這麼小的核心如何能夠掃除如此多的氣體，然後又無法完全長成木星質量的行星。如果WASP-107b的核心質量更大，那麼大氣層應該會隨著行星形成後的冷卻而收縮；如果沒有熱源使氣體重新膨脹，這顆行星應該會小得多。儘管WASP-107 b的軌道距離只有約4500公里（相當於水星與太陽距離的七分之一），但它從恆星獲得的能量不足以讓它如此膨脹。WASP-107b對韋伯來說是一個非常有趣的目標，因為它比我們一直在研究的許多其他低密度行星（即熱木星）要冷得多，質量也更像海王星。因此，我們應該能夠檢測到甲烷和其他分子，這些分子可以提供有關其化學和內部動力學的訊息，而這些是無法從更熱的行星上獲得的。
WASP-107 b的巨大半徑、廣闊的大氣層和邊緣軌道使其非常適合進行透射光譜分析，透射光譜學是一種根據系外行星大氣中各種氣體對星光的影響來識別它們的方法。結合韋伯近紅外線相機（NIRCam）、中紅外成像-光譜儀（MIRI）和哈伯的廣角相機（WFC3）的觀測結果，研究團隊構建了WASP-107 b大氣層吸收0.8～12.2微米吸收光的寬光譜；利用韋伯近紅外線相機建立了範圍從 2.7～5.2微米的獨立光譜。資料的精確性使我們不僅可以檢測，而且可以實際測量大量分子的豐度，包括水蒸氣、甲烷、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫和氨。
圖說：結合韋伯近紅外線相機、中紅外成像-光譜儀和哈伯的廣角相機的觀測結果。此光譜顯示了行星大氣中存在水、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、二氧化硫和氨的明確證據，使研究人員能夠估算行星的核心內部的溫度和質量。圖片來源：NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI) Science: L. Welbanks (ASU) and the JWST MANATEE team
圖說：韋伯近紅外光譜儀拍攝WASP-107 b的大氣層阻擋的近紅外線星光的不同波長的數量。此光譜顯示了行星大氣中存在水、二氧化碳、一氧化碳、甲烷和二氧化硫的明確證據。圖片來源：NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI) Science: D. Sing (JHU) and the NIRSpec GTO transiting exoplanet team
兩張光譜都顯示WASP-107 b大氣中甲烷的含量僅為根據其假設溫度所預期含量的千分之一，這證明來自行星深處的高溫氣體一定與較高處的低層發生了劇烈混合。甲烷在高溫下不穩定，儘管我們確實檢測到其他含碳分子，但檢測到的甲烷卻很少，這一事實告訴我們，行星內部的溫度一定比我們想像的要高得多。WASP-107 b額外內能的一個可能來源是其略呈橢圓形的軌道引起的潮汐加熱，隨著恆星和行星間的距離在5.7天的軌道上不斷變化，重力也在不斷變化，從而拉伸行星並使其升溫。事實證明，核心的質量至少是最初估計的兩倍，這對行星的形成方式更有意義。韋伯的資料告訴我們，像WASP-107 b這樣的行星並非以某種奇怪的方式形成，它有超小的核心和巨大的氣體包層。 相反，我們可以採取更像海王星的東西，有很多岩石但沒有那麼多氣體，只需調高溫度，然後將其放大看看它的樣子。相關研究成果發表於《Nature》期刊上。（編譯／趙瑞青）
資料來源：NASA
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