韋伯太空望遠鏡揭示了一個悶燒的“超級地球”，看起來像水星

LHS 3844 b 是一個岩石世界，大約比地球大 30%，它繞一顆冷紅矮星運行的時間不到 11 小時。它的軌道非常靠近其恆星，距離表面大約是三個恆星直徑。這顆行星被潮汐鎖定，這意味著一邊永遠面向恆星，而另一邊仍處於黑暗中。白天平均溫度約為 1000 開爾文（約 725 攝氏度或 1340 華氏度）。該系統距離地球相對較近，距離為 48.5 光年（14.9 秒差距）。

「由於 JWST 驚人的靈敏度，我們可以探測到直接來自這顆遙遠岩石行星表面的光。我們看到了一塊黑暗、炎熱、貧瘠、沒有大氣層的岩石，」MPIA 的 Laura Kreidberg 說。

它的黑色外觀表明它可能類似於放大版的月球或水星。這個結論來自於地球熾熱太陽發出的紅外線輻射的分析。科學家無法直接對這顆行星進行成像。相反，它們測量恆星和繞軌道運行的行星移動時的綜合光所導致的亮度的細微變化。

MIRI 透過將光分成較小的波長範圍並測量每個波長範圍的強度來研究 5 至 12 微米之間的紅外線發射。這個過程會產生類似彩虹的光譜，顯示光如何分成不同的波長。史匹哲太空望遠鏡先前的觀測提供了額外的數據，加強了分析。

忽略類地殼

系外行星地質學的研究是基於研究地球和太陽係其他岩石天體所獲得的知識。研究小組將他們的觀察結果與電腦模型以及地球、月球和火星上已知岩石和礦物的庫進行了比較。這些比較表明，LHS 3844 b 不具有類似地球的地殼，而地殼通常富含花崗岩等矽酸鹽礦物。

這項發現並不意外，因為地球在太陽系中是獨一無二的，擁有這樣的地殼。然而，它提供了有關地球過去的線索。在地球上，富含矽酸鹽的地殼是由長期的構造活動過程形成的，通常需要水。岩石反覆熔化和回收，使較輕的物質上升並形成地殼。

「由於 LHS 3844 b 沒有這樣的矽酸鹽地殼，因此可以得出結論，類地板塊構造不適用於這顆行星，或者說是無效的，」Sebastian Zieba 說。 “這個星球可能幾乎沒有水。”

玄武岩豐富的表面

數據顯示其表面不是由花崗岩類物質組成，而是由玄武岩或類地函岩石構成，類似於地球或月球上發現的火山物質。研究人員對觀察到的光譜和可能的礦物混合物進行了詳細的統計比較。

他們發現大面積的固體玄武岩或火成岩最符合數據。這些石頭富含鎂和鐵，並可能含有橄欖石等礦物質。碎石碎片（例如礫石）也非常適合，而細塵或單獨的灰塵由於其較亮的外觀而與觀察結果不符。

由於沒有大氣層的保護，這顆行星不斷暴露在恆星的強烈輻射和隕石的撞擊之下。這些過程逐漸分解岩石並改變其表面。

「正因為如此，這些過程慢慢地將堅硬的岩石溶解到風化層中，風化層是月球上發現的一層細顆粒或灰塵，」齊巴解釋道。 “他們通過添加鐵和碳使風化層變暗，使風化層的特性與觀測結果更加一致。”

新鮮的熔岩或古老的塵埃

這些數據支持行星表面的兩種可能的解釋。一種情況表示景觀以相對新鮮的固體玄武岩為主。在這種情況下，最近的地質活動，例如廣泛的火山活動，將重新出現在地球表面。

第二種情況也包括黑暗的表面，但它是由於長期暴露在太空中而形成的。隨著時間的推移，風化會形成大面積的深色風化層，類似於月球或水星上的塵土飛揚的表面。這種解釋意味著這顆行星在地質上已經很久不活躍了。

尋找活動跡象

這兩種可能性的差異主要在於該行星是否具有地質活躍性。在地球和其他活躍的世界上，火山活動將氣體釋放到周圍環境中。其中一種氣體是二氧化硫 (SO2)，它通常與火山活動有關。

如果 LHS 3844 b 此時處於活動狀態，MIRI 可能會偵測到這種氣體。然而，並沒有發現這樣的跡象。這種缺失表明最近不太可能發生火山活動，這使得風化且不活躍的地表情景更加合理。如果正確的話，這顆行星可能看起來很像水星。

為了解決這個問題，該團隊正在與 JWST 進行進一步觀察。這些新的測量旨在檢測固體岩石和鬆散材料發射和反射光的細微差別。光以不同角度發射的方式取決於表面的紋理，這可以揭示表面是光滑的岩石還是粗糙的材料。這種方法已經成功地用於研究太陽系中的小行星。

Kreidberg 總結道：“我們相信，同樣的技術將使我們能夠闡明 LHS 3844 b 地殼的性質，並在未來闡明其他岩石系外行星的地殼性質。”

附加資訊

Laura Kreidberg 是唯一一位參與這項研究的 MPIA 天文學家。

其他研究人員包括：Sebastian Zieba（美國劍橋哈佛和史密森天體物理中心）、Brandon P. Coy（美國芝加哥大學地球物理科學系）、Aaron Bello-Arufe（美國帕薩迪納加州理工學院噴氣推進實驗室（JPL））、帕薩迪納技術部的 Kimberly Paragas 和美國技術部行星科學研究所，帕納迪納和加利福尼亞州。 Xintong Lyu（北京大學，中國北京）、Renyu Hu（賓州州立大學、美國大學園區和噴射推進實驗室）、Aishwarya Iyer（NASA 戈達德太空飛行中心，美國格林貝爾特）、Kay Wohlfarth（德國多特蒙德工業大學）

本研究中使用的 JWST 觀測是 GO 計劃 #1846（PI：Laura Kreidberg，聯合 PI：Renyu Hu）的一部分，題為「搜尋熱岩石系外行星 LHS 3844 b 上的火山和地球動力學特徵」。

MIRI 聯盟由 ESA（歐洲太空總署）成員國組成：比利時、丹麥、法國、德國、愛爾蘭、荷蘭、西班牙、瑞典、瑞士和英國。該聯盟的工作由國家科學機構資助：德國的馬克斯普朗克學會 (MPG) 和德國航空航天中心 (DLR)。參與的德國機構包括海德堡馬克斯普朗克天文學研究所、科隆大學和奧伯科亨的 Hensoldt AG（前身為卡爾蔡司光電公司）。

詹姆斯韋伯太空望遠鏡是世界領先的太空研究天文台。這是一個由 NASA 及其合作夥伴 ESA 和 CSA（加拿大航太局）領導的國際計畫。

史匹哲太空望遠鏡由加州理工學院噴射推進實驗室根據與美國太空總署的合約運作。