天文學(xué)家計(jì)算出哪些系外行星最有可能有水

發(fā)表于 2025-11-23 18:24:59 來(lái)源：骨軟筋酥網(wǎng)

這幅插圖展示了熾熱的天文巖石系外行星TRAPPIST-1 b可能的樣子。一種新方法可以幫助確定哪些巖石系外行星可能有大量的學(xué)家星最地下水。鳴謝:uux.cn/美國(guó)國(guó)家航空航天局、計(jì)算北京包夜學(xué)生妹（電話微信189-4469-7302）一二線城市外圍模特伴游預(yù)約、空姐、模特、留學(xué)生、熟女、白領(lǐng)、老師、優(yōu)質(zhì)資源歐空局、出系加空局、外行J. Olmsted (STScI)
（神秘的天文地球uux.cn）據(jù)今日宇宙（埃文·高夫）：天文學(xué)家知道大約有60顆巖石系外行星在其恒星的宜居帶中運(yùn)行。當(dāng)他們?cè)噲D確定這些行星是學(xué)家星最否適合居住時(shí)，探測(cè)它們大氣中的計(jì)算水發(fā)揮了巨大的作用。但是出系，如果有另一種方法來(lái)測(cè)量這些世界的外行水含量呢？
研究人員正在開(kāi)發(fā)一種方法來(lái)模擬這些世界，以確定它們有多少水。天文
據(jù)我們所知，學(xué)家星最宜居性可能需要地表水。計(jì)算但是出系探測(cè)地表水幾乎是不可能的。下一個(gè)最好的外行方法是使用我們擁有的工具——比如詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡——來(lái)探測(cè)和描述系外行星的大氣層。但是，盡管JWST的力量，它不能檢查每一個(gè)系外行星的北京包夜學(xué)生妹（電話微信189-4469-7302）一二線城市外圍模特伴游預(yù)約、空姐、模特、留學(xué)生、熟女、白領(lǐng)、老師、優(yōu)質(zhì)資源大氣。有些是它力所不及的。但是，一個(gè)研究小組正在利用我們對(duì)系外行星、潮汐加熱和輻射加熱的了解，試圖確定哪些系外行星可能有海洋，要么在表面上，要么在表面下。
科學(xué)家小組檢查了可居住帶中的巖石系外行星列表，并使用建模來(lái)確定它們有厚的表層或次表層海洋層的可能性。他們?cè)陬A(yù)印服務(wù)器arXiv上發(fā)表了題為“宜居帶中巖石系外行星的含水量”的論文主要作者是來(lái)自匈牙利布達(dá)佩斯Konkoly天文臺(tái)和HUN-REN天文學(xué)和地球科學(xué)研究中心的Adam Boldog。
系外行星科學(xué)家面臨的障礙之一是M矮星或紅矮星的擴(kuò)散。銀河系中有一半的恒星可能是紅矮星，這也是我們?cè)诳删幼^(qū)發(fā)現(xiàn)最多巖石行星的地方。但是紅矮星表現(xiàn)出明顯的閃光，有時(shí)這種閃光比我們太陽(yáng)產(chǎn)生的任何東西都要強(qiáng)大得多。
由于紅矮星不像類(lèi)太陽(yáng)恒星那樣明亮，它們的可居住區(qū)離恒星更近。這意味著可居住帶中的系外行星可能被紅矮星強(qiáng)大的耀斑剝奪了大氣層。一旦大氣消失，地表水肯定會(huì)隨之而來(lái)。
在這種情況下，即使沒(méi)有大氣層，這顆行星仍然可以支持生命。紅矮星可居住帶中的巖石行星可能有大量液態(tài)水，只是不在表面。它們可能更像我們太陽(yáng)系的海洋衛(wèi)星歐羅巴、恩克拉多斯和其他衛(wèi)星。他們有充足的水，在某些情況下比地球還多。但是它們沒(méi)有地表水，只有極其稀薄的大氣。JWST的大氣光譜不能告訴我們太多關(guān)于這些類(lèi)型的世界，以及它們是否有海洋。
“因此，探索其他不依賴(lài)于大氣存在的研究系外行星可居住性的可能方法是很重要的，”作者解釋道。
“在這項(xiàng)研究中，我們調(diào)查了巖石系外行星的內(nèi)部，以確定那些可能有大量水的行星，”作者寫(xiě)道。“我們模擬了28個(gè)巖石系外行星的內(nèi)部，假設(shè)了四個(gè)不同的層——一個(gè)鐵芯，一個(gè)巖石地幔，一個(gè)高壓冰層，以及一個(gè)表面冰/水層。”
除了行星的結(jié)構(gòu)之外，它的熱量收支對(duì)液態(tài)水含量也有很大影響。行星產(chǎn)生熱量有兩種方式。一個(gè)是來(lái)自地球地幔和地殼中鈾、釷和鉀同位素放射性衰變的輻射熱。另一種是潮汐加熱，這種加熱來(lái)自于行星的軌道和旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的摩擦。研究人員在他們的模型中包括了兩者的可能數(shù)量。
“考慮到潮汐和輻射加熱的影響，我們估計(jì)了這些行星上存在厚海洋層的可能性，”作者解釋說(shuō)。
研究中的一些行星是眾所周知的。比鄰星b是離地球最近的系外行星，這使它成為人們激烈猜測(cè)和研究的對(duì)象。TRAPPIST-1行星在幾年前被發(fā)現(xiàn)時(shí)成為頭條新聞。其他的，包括TOI 700d，是有趣的地球大小的系外行星。
在他們的建模中，研究人員將系外行星的結(jié)構(gòu)建立在先前的工作基礎(chǔ)上，這些工作表明，巖石系外行星可能有一個(gè)鐵芯，一個(gè)巖石地幔，一個(gè)由高壓冰多晶型物(HPP)組成的層，以及一個(gè)表面冰/水層。
根據(jù)每顆行星的質(zhì)量和半徑，研究人員確定了28顆行星的水質(zhì)量分?jǐn)?shù)。這是一個(gè)測(cè)量每個(gè)行星的質(zhì)量中有多少是水的指標(biāo)。該模型得出了每顆行星的水質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍。
一些行星的輸入質(zhì)量和大小比其他行星更確定，由此產(chǎn)生的H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)集中在一個(gè)相對(duì)較窄的范圍內(nèi)，H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)在最大概率下顯示出分布的峰值。
天文學(xué)家計(jì)算出哪些系外行星最有可能有水

研究中的這張圖顯示了28顆巖質(zhì)系外行星在不同H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分布。請(qǐng)注意，頂部和底部面板的百分比增量不同:頂部為3%，底部為6%。比如開(kāi)普勒62 f，452 b，442 b都可能是水世界。致謝:uux.cn/Boldog等人，2023年
“顏色和數(shù)字表明了在一定的H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)所有模擬內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分?jǐn)?shù)，”作者解釋說(shuō)。“如果一個(gè)給定的行星的大量?jī)?nèi)部具有高H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)，那就表現(xiàn)為數(shù)值和更淺的顏色向更高的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍移動(dòng)。”
研究人員發(fā)現(xiàn)，他們樣本中的所有28顆行星都可能有全球性的冰或水面。有些甚至不需要大氣層。
研究人員寫(xiě)道:“我們的結(jié)果表明，所有這些行星都可能具有足夠大的H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)，足以形成全球冰/水面。”。“表面溫度高于冰的熔點(diǎn)且水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大的行星可能存在全球海洋，而不管大氣是否存在。”
天文學(xué)家計(jì)算出哪些系外行星最有可能有水

研究中的這張圖展示了一些結(jié)果。每顆行星上圓點(diǎn)的顏色代表了它有內(nèi)部海洋的可能性。致謝:uux.cn/Boldog等人，2023年
根據(jù)這項(xiàng)研究，表面溫度低于熔點(diǎn)的行星可能仍然有水，但會(huì)被冰覆蓋。“如果這些天體內(nèi)部的熱通量足夠高，導(dǎo)致HPP層融化，這些星球可能隱藏著地下液態(tài)水庫(kù)，”他們解釋道。
這項(xiàng)研究有趣的結(jié)果包括TRAPPIST-1行星。由于我們比研究中的其他28顆行星擁有更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，研究人員說(shuō)他們的結(jié)果更有可能是準(zhǔn)確的。“所有模擬的TRAPPIST-1行星都可能有擴(kuò)展的H2O層，”作者解釋說(shuō)，并補(bǔ)充說(shuō)，這些層的性質(zhì)需要確定，以評(píng)估可居住性。
28顆行星中的一些有如此多的水，它們可能是海洋行星。在這種情況下，水蒸氣可以提供足夠的大氣壓力來(lái)保護(hù)海洋表面。“我們的結(jié)果表明，開(kāi)普勒-62 f、開(kāi)普勒-452 b和開(kāi)普勒-442 b可能是海洋世界的成員。”
這項(xiàng)研究有一些不足之處，作者很快就指出來(lái)了。首先，我們對(duì)其他太陽(yáng)系中的輻射加熱的理解是基于對(duì)我們太陽(yáng)系的概括。在其他太陽(yáng)系的巖石行星中，放射性元素的數(shù)量可能多得多，也可能少得多。
潮汐加熱同樣是不確定的。“值得注意的是，潮汐加熱強(qiáng)烈依賴(lài)于行星軌道的偏心率，這在行星的演化過(guò)程中會(huì)發(fā)生變化，”作者解釋道。偏心軌道上的行星經(jīng)歷潮汐加熱。但是，靠近恒星的行星最終會(huì)朝著圓形軌道運(yùn)動(dòng)，這可能會(huì)消除熱源。
如果這些結(jié)果中的一些是正確的，那么擁有地下海洋的世界可能比我們想象的要多。誰(shuí)知道呢？也許地球才是怪人。
“地下海洋可能是生命發(fā)展的絕佳場(chǎng)所，盡管用我們目前的技術(shù)很難觀察到這一點(diǎn)，”作者總結(jié)道。
像這樣的研究無(wú)法取代直接觀察，但歷史表明它們?cè)谔釤捒茖W(xué)家思維方面有多么重要。雖然我們不能很好地觀察這些行星，以確定它們是否有海洋，但至少科學(xué)家可以利用他們所知道的，努力找到答案。

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