近日，中国科学院南京天文光学技术研究所（简称天光所）CPI-C团队在系外行星多波段测光物理属性反演领域取得重要进展，论文发表在国际天体物理学期刊《The Astronomical Journal》（AJ2026）。

系外行星成像星冕仪（CPI-C）（图1）是中国空间站巡天空间望远镜（CSST）特色仪器，具备在可见光和近红外波段首次对系外冷行星直接成像的探测能力。目前已发现6000多颗系外行星，直接成像行星仅约40颗，高对比度成像技术仍然存在挑战：行星与宿主恒星光强对比度差异高达10^-6~10^-10。CPI-C仪器总体设计、高对比度成像方案、宽带多波段测光配置以及科学目标等参见论文Dou et al. RAA (2026)，CPI-C最新研制进展与核心科学等参见论文Dou et al. SPIE (2026)。CPI-C通过光瞳调制与波像差精密控制抑制恒星衍射和散斑噪声，由可见光与近红外双通道相机在宽波段同时获取行星信号。研究将可见光反射光与近红外热辐射的多波段测光相结合，通过大气模型系统模拟甲烷等分子吸收、云层覆盖及物理参数的影响，针对行星“有多大、多热、大气中有哪些成分、云层处于什么状态、如何形成演化”等核心科学问题给出了系统性分析方法和预判。

图1 CPI-C在CSST上的布局示意图，CPI-C分布于CSST的M5和M6两个包络位置

可见光和近红外观测提供两种互补信息。对于温度较低、较成熟的巨行星，可见光信号主要来自行星大气对恒星光的反射。甲烷是冷巨行星大气的重要吸收成分，CPI-C可见光波段同时覆盖平缓光谱区和甲烷敏感区，通过比较波段间亮度差异，可判断反射光谱形状，约束甲烷吸收、云层状态及大气重元素含量。模拟显示，甲烷含量增加会使不同可见光波段间的颜色发生系统性变化，形成可识别的分布趋势（图2）。

图 2 CPI-C可见光多波段测光对不同甲烷含量的响应

对于年轻或较热的巨行星，其自身保留较强的内部热量，可在近红外波段产生热辐射。行星不同近红外波段的亮度变化与温度、半径、表面重力及云层性质密切相关。团队以HR 8799多行星系统等代表性对象和模拟行星测试发现，CPI-C的4个近红外波段能够较好刻画热辐射的能量分布；结合现有观测，可缩小温度、半径、表面重力等参数范围，并在一定条件下估计行星质量。

图3 HR 8799系统含4颗直接成像发现的巨行星，是本研究近红外热辐射分析的代表性对象，图为JWST/NIRCam观测结果

团队构建了一颗模拟巨行星，分别用可见光、近红外及两类数据联合反演。结果显示，联合观测使行星性质判断明显更稳定：可见光提供大气反射信息，近红外提供温度与辐射状态信息，二者相互补充，排除单波段分析中可能存在的歧义，尤其对行星半径和云层性质的约束显著减少不确定性（图4）。

图4 CPI-C联合观测模拟表明，可见光与近红外分别以反射光和热辐射为主，结合二者可有效约束行星物理性质

研究指出轨道位置会影响反射光强弱，残余恒星光会限制微弱信号测量精度，部分强吸收波段可能无法获得可靠探测，未来产出仍依赖目标选择、观测时机、星光抑制能力和数据处理水平。但这项研究将关注点从“能否看见”推进到“看见后能认识到什么程度”，建立了从大气模型、仪器模拟到参数反演的完整分析链。下一代空间任务将聚焦类地行星成像和系外生命信号搜寻，直接成像的终极目标将从巨行星走向“另一个生命星球”。CPI-C的多波段观测能力为理解巨行星大气组成、云层结构和物理性质打开新窗口，为我国空间开展系外行星直接成像和大气表征奠定基础，为人类未来搜寻和确认“系外第二家园”奠定重要基础。

论文第一作者为朱轶名；通讯作者为赵刚和窦江培；合作者还包括张熙、王钢、吕中华和牛炳力。该论文是紧接CPI-C仪器大论文（3月份在《天文与天体物理学杂志》专刊文章）后的科学文章，为CPI-C仪器与系外行星产出特色科学架起了桥梁。

相关文献：

1. Zhu, Y., Zhao, G., Zhang, X., et al. Optical-Near-infrared Multiband Photometric Analysis and Characterization of Giant Exoplanets with CPI-C. The Astronomical Journal, 2026.172, 212 (25pp).

https://doi.org/10.3847/1538-3881/ae9b04

2. Dou, J.P., Zhang, X., Zhao, G., et al.CPI-C: Cool Planet Imaging Coronagraph on Chinese Space Station Survey Telescope. Research in Astronomy and Astrophysics, 2026, 26: 055021(27pp).

https://doi.org/10.1088/1674-4527/ae4a04

3. Dou, J. P., Wang, G., Zhu, Y. M., et al. The progress and core science of the Cool Planet Imaging Coronagraph (CPI-C) on Chinese Space-station Survey Telescope (CSST), Proc. of SPIE, 2026, 14145, 141450Y.

https://doi.org/10.1117/12.3103408