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/美國國家航空航天局、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)他們試圖確定這些行星是學(xué)家星最否適合居住時(shí)，探測它們大氣中的計(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測量這些世界的外行水含量呢？
研究人員正在開發(fā)一種方法來模擬這些世界，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——來探測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，并使用建模來確定它們有厚的表層或次表層海洋層的可能性。他們在預(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自匈牙利布達(dá)佩斯Konkoly天文臺和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，這也是我們在可居住區(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產(chǎn)生的任何東西都要強(qiáng)大得多。
由于紅矮星不像類太陽恒星那樣明亮，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，地表水肯定會隨之而來。
在這種情況下，即使沒有大氣層，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)于這些類型的世界，以及它們是否有海洋。
“因此，探索其他不依賴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。
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和研究的對象。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。

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。“如果一個(gè)給定的行星的大量內(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。”
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。”

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，”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，并補(bǔ)充說，這些層的性質(zhì)需要確定，以評估可居住性。
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保護(hù)海洋表面。“我們的結(jié)果表明，開普勒-62 f、開普勒-452 b和開普勒-442 b可能是海洋世界的成員。”
這項(xiàng)研究有一些不足之處，作者很快就指出來了。首先，我們對其他太陽系中的輻射加熱的理解是基于對我們太陽系的概括。在其他太陽系的巖石行星中，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)烈依賴于行星軌道的偏心率，這在行星的演化過程中會發(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朝著圓形軌道運(yùn)動，這可能會消除熱源。
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。
像這樣的研究無法取代直接觀察，但歷史表明它們在提煉科學(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。