美國太空總署詹姆斯韋伯太空望遠鏡揭示了熔岩星球地獄中罕見的大氣層
想像一下 2158 年。您正在火星烏托邦平原大學攻讀行星火山學博士學位，一邊靠著凍乾拉麵生存，一邊尋找完美的系外行星進行研究。完成對木星火山衛星木衛一的研究後，您需要太陽系之外的一個岩石世界，其強烈的火山活動不是由重力推動的，而是由附近恆星的高溫推動的。更好的是，它必須在 50 光年以內，這樣超光速 (FTL) 研究任務才能在預算之內。
儘管這種情況是虛構的，但今天的天文學家已經在考慮一個著名的候選人。
研究人員利用 NASA 的詹姆斯韋伯太空望遠鏡 (JWST) 研究了超級地球 55 Cancri e (55 Cnc e)，這是一顆距離地球 41 光年的極端岩石行星。這顆行星的半徑約為 1.88 倍，質量約為 8 倍，它像恆星一樣繞著太陽運行僅需 0.7 天。相比之下，水星繞太陽一周需要 88 天。
由於 55 Cancri e 的軌道距離其恆星非常近，科學家認為它的表面溫度足以熔化。他們的研究結果已於當年提交出版 自然天文學可以提供有關熔岩系外行星如何形成和演化的寶貴資訊。
詹姆斯·韋伯探測到富含氫氣的大氣層
研究小組利用 JWST 觀測了 55 Cancri e 的五次日食，並將結果與古代系外行星的岩石演化模型進行了比較。這些模型通常預測大氣中富含一氧化碳 (CO) 和二氧化碳 (CO2)。
相反，新的觀測結果顯示大氣中含有豐富的一氧化碳、相對少量的二氧化碳（CO2）以及大量數量驚人的氫氣。
研究人員還發現了五次日食觀測結果之間的差異。他們認為這些變化可能是由火山放氣或由地球內部釋放的物質形成的雲引起的。研究人員表示，這些雲可以在氣體永久消散之前暫時冷卻地球表面。
根據這項研究，“由於岩石行星的次生大氣是由內部成分和隨後的氣化決定的，因此它們的大氣成分與內部氧化還原態直接相關。對富氫模型的偏好，加上它們產生的反轉斜率，表明內部氧逸度相對較低，與岩漿海洋的脫氣一致。”
正如地球化學所示
行星的氧化還原態描述了其內部氧和氫/鐵之間的化學平衡。對於 55 Cancri e，結果顯示氫比氧更受青睞，這有助於解釋該行星富含氫的大氣層。
由於大氣層可以反映行星內部發生的情況，因此這些觀測可以為了解外星世界的內部化學提供一個難得的窗口。
熔岩系外行星變得越來越常見
儘管 55 Cancri e 本身是在 2004 年首次發現的，但在過去十年中，隨著更多此類極端世界的被發現，人們對熔岩系外行星的興趣迅速增長。
其他已知的熔岩系外行星包括 K2-141 b、L 98-59 d、TOI-561 b、HD 63433 d 和 CoRoT-7 b。它們的軌道周期分別為6.7小時、7.5天、10.5小時、4.2天和20.4小時。
像 55 Cancri e 一樣，這些行星被鎖定在它們的主恆星上並經歷極端的溫度。在巨蟹座 55 度，熔岩被認為是永久集中在向陽的一側。其他世界，例如 L 98-59 d，可能被全球岩漿海洋覆蓋，類似於木星衛星木衛一的火山景觀。
艾奧與熔岩系外行星
儘管木衛一和熔岩系外行星都可能有廣泛的火山活動，但驅動這種活動的力量卻截然不同。
木衛一的火山由潮汐加熱提供燃料。木星巨大的引力不斷拉伸和壓縮這顆小衛星，產生足夠的內部熱量來推動廣泛的火山爆發。
相較之下，像 55 Cancri e 這樣的熔岩系外行星之所以升溫，主要是因為它們的軌道非常靠近主恆星。它們強烈的恆星熱量熔化了表面的岩石，由於其中許多世界被潮汐鎖定，因此熔化的區域可以保持在不斷被照亮的一側。
隨著天文學家繼續使用 JWST、55 Cancri e 和其他熔岩世界等強大的天文台，他們可以揭示更多有關迄今為止發現的一些岩石最多的行星的形成、演化和隱藏內部的信息。
