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一个国际天文学家团队收集并重新处理了NASA/ESA哈勃太空望远镜在2016年、2018年和2019年收集的系外行星WASP-121b的观测结果。这为他们提供了独特的数据集，使他们不仅能够分析WASP-121b的大气层，还比较这颗系外行星多年来的大气层状态。

研究小组发现了明确的证据，表明WASP-121b的观测结果随时间而变化。他们利用复杂的建模技术证明了系外行星大气层的天气模式可以解释这些时间变化。

观测系外行星(太阳系之外的行星)具有挑战性，因为它们距地球较远，而且它们大多围绕比行星本身更大、更亮的恒星运行。这意味着能够使用哈勃这样先进的望远镜观测系外行星的天文学家通常必须结合所有数据，以获得足够的信息，从而对系外行星的特性做出自信的推论。通过结合观测结果来增加系外行星信号的强度，天文学家可以构建其大气层的平均图像，但这并不能告诉他们它是否正在发生变化。换句话说，他们无法使用这种平均方法来研究其他星球的天气。研究天气需要更多、更长时间的高质量数据。幸运的是，哈勃望远镜现在已经活跃了如此长的时间，以至于存在大量的哈勃数据档案，有时对同一天体进行多组观测——其中包括系外行星WASP-121b。

WASP-121b(也称为Tylos)是一颗经过充分研究的热木星[1]，它绕着一颗距离地球约880光年的恒星运行，在30小时的时间内完成了完整的轨道运行。它距离主星极其接近，意味着它被潮汐锁定[2]，并且面向恒星的半球非常热，温度超过3000开尔文[3]。该团队合并了四组WASP-121b的档案观测结果，全部使用哈勃的广角相机3(WFC3)进行。完整的组装数据集包括以下观测结果：WASP-121b在其恒星前方凌日(拍摄于2016年6月);WASP-121b在其恒星后面凌日，也称为次日食(拍摄于2016年11月);以及WASP-121b的两条相位曲线[4](分别拍摄于2018年3月和2019年2月)。该团队采取了独特的步骤，以类似的方式处理每个数据集，即使之前有不同的团队处理过它。系外行星数据处理既耗时又复杂，但尽管如此，这是值得的，因为它允许团队直接将每组观测的处理数据进行比较。

该团队的主要研究人员之一、欧空局太空望远镜科学研究所研究员QuentinChangeat阐述道：

“我们的数据集代表了对单个行星的大量观测时间，并且是目前唯一一致的此类重复观测数据集。我们从这些观测中提取的信息用于表征(推断化学成分、温度和云)WASP-121b在不同时间的大气层。这为我们提供了一幅随时间变化的地球的精美图片。”

在清理每个数据集后，团队发现了明确的证据，表明WASP-121b的观察结果随时间变化。虽然仪器效应可能仍然存在，但数据显示系外行星热点[5]发生了明显的变化，并且光谱特征(表示系外行星大气的化学成分)存在差异，表明大气正在发生变化。接下来，该团队使用高度复杂的计算模型来尝试了解所观察到的系外行星大气层的行为。这些模型表明，他们的结果可以用准周期性天气模式来解释，特别是由于系外行星面向恒星的一面和暗面之间巨大的温差而反复产生和破坏的大规模气旋。这一结果代表着在观察系外行星天气模式方面向前迈出了重要一步。

“我们的系外行星大气模拟的高分辨率使我们能够准确地模拟像WASP-121b这样的超热行星上的天气，”加州理工学院博士后研究员、这项研究的联合负责人JackSkinner解释道。“通过将观测限制与大气模拟相结合，我们向前迈出了重要的一步，以了解这些行星上随时间变化的天气。”

“地球上的天气对我们生活的许多方面都有影响，事实上，地球气候及其天气的长期稳定性可能是生命出现的首要原因，”昆汀补充道。“研究系外行星的天气对于了解系外行星大气的复杂性至关重要，特别是在我们寻找具有宜居条件的系外行星时。”

未来利用哈勃望远镜和其他强大的望远镜(包括韦伯望远镜)进行的观测将有助于更深入地了解遥远世界的天气模式：并最终可能找到具有稳定的长期气候和天气模式的系外行星。

[1]热木星是一种与太阳系没有直接类似的系外行星：它们是膨胀的气态巨行星，其轨道非常靠近其母恒星，通常在几天内完成一个完整的轨道运行。

[2]潮汐锁定是指绕轨道运行的物体始终与其绕轨道运行的物体呈同一半球的情况。例如，月球被地球潮汐锁定，这解释了为什么从我们在地球上的角度来看，月球表面看起来总是一样的。在某些情况下，这两个天体可能会被潮汐锁定，但月球和地球的情况并非如此：从月球上的宇航员的角度来看，地球似乎仍然绕自己的轴旋转。潮汐锁定的行星整个表面的温度分布极其不均匀，面向恒星的半球比另一个更热。

[3]开尔文(K)是许多科学家(包括天文学家)通常使用的温度单位。一开尔文等于一摄氏度(°C，但是，开尔文标度与摄氏标度有所偏移，在一个大气压下水的冰点设置为零。相反，开尔文标度为零被称为绝对零，被认为是所有分子的所有动力学活动停止时可能的最低温度。0K相当于–273.15°C。

[4]系外行星相位曲线显示了当系外行星绕其母星运行时，从恒星-系外行星系统接收到的光量的变化。