虽然那个场景是虚构的,但如今的天文学家已经在研究一个引人注目的候选者。
利用NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST),研究人员对超级地球55 Cancri e(55 Cnc e)进行了探测,这是一颗距离地球约41光年的极端岩石行星。该行星半径约为地球的1.88倍,质量约为地球的8倍,仅用约0.7天的时间就绕一颗类太阳恒星运行一周。相比之下,水星绕太阳公转一周需要88天。
由于55 Cancri e的轨道非常靠近其主星,科学家认为其表面温度极高,足以保持熔融状态。他们的研究结果已提交给《自然·天文学》发表,可能为熔岩系外行星的形成和演化提供宝贵的见解。
詹姆斯·韦伯望远镜探测到富氢大气层
研究团队利用JWST观测了55 Cancri e的五次掩食现象,并将结果与长期存在的岩石系外行星演化模型进行了比较。这些模型通常预测大气中富含一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)。
然而,新的观测结果指向了一种含有大量一氧化碳、相对少量的二氧化碳(CO2)以及惊人大量氢气的大气层。
研究人员还在五次掩食观测中发现了差异。他们认为这些变化可能是由火山排气作用,或由行星内部释放的物质形成的云层引起的。据研究人员称,这些云层可能会暂时冷却行星表面,随后持续的排气作用会将它们驱散。
该研究指出:“由于岩石行星的次生大气是由其内部成分和随后的排气作用决定的,因此其大气成分与内部氧化还原状态直接相关。对富氢模型的偏好,连同其产生的陡峭逆温,因此表明内部具有相对较低的氧逸度,这与还原态岩浆洋的排气作用相一致。”
行星化学揭示了什么
行星的氧化还原状态描述了其内部氧与氢/铁之间的化学平衡。对于55 Cancri e,结果表明氢比氧更占优势,这有助于解释为什么该行星似乎拥有富氢大气层。
由于大气层可以反映行星深处发生的情况,这些观测可能为了解外星世界内部的化学性质提供了一个难得的窗口。
熔岩系外行星正变得越来越普遍
过去十年间,随着更多此类极端世界的发现,人们对熔岩系外行星的兴趣迅速增长,尽管55 Cancri e本身早在2004年就被确认了。
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。它们的轨道周期分别约为6.7小时、7.5天、10.5小时、4.2天和20.4小时。
像55 Cancri e一样,这些行星也被潮汐锁定在主星上,并承受着极高的温度。在55 Cancri e上,熔岩被认为集中在永久向阳的一侧。其他星球,如L 98-59 d,可能被全球性的岩浆洋覆盖,类似于木星卫星木卫一的火山地貌。
木卫一与熔岩系外行星的对比
虽然木卫一和熔岩系外行星都可能具有广泛的火山活动,但驱动这种活动的力量截然不同。
木卫一的火山由潮汐加热驱动。木星的巨大引力不断拉伸和挤压这颗小卫星,产生足够的内部热量来引发广泛的火山喷发。
相比之下,像55 Cancri e这样的熔岩系外行星之所以受热,主要是因为它们的轨道极其靠近主星。强烈的恒星辐射熔化了表面的岩石,而且由于许多此类世界处于潮汐锁定状态,熔融区域可能一直集中在永久白昼的一侧。
随着天文学家继续使用像JWST这样的强大天文台,55 Cancri e和其他熔岩世界可能会揭示更多关于迄今为止发现的一些最极端岩石行星的形成、演化和隐藏内部的信息。