奇特的蒸汽世界可能改写生命搜寻进程

但由于这类系外行星通常比地球距离太阳更接近其宿主恒星，亚海王星表面温度过高无法存在液态水，因此无法维持生命。相反，它们会形成由蒸汽构成的大气层，其下方则是处于特殊相态的水层——这种水相既非气体也非液体。自20年前科学家首次预测这些"蒸汽世界"存在以来，人们对其具体构成和演化过程的兴趣与日俱增。

如今，加州大学圣克鲁兹分校的天体生物学家和天文学家开发出更精确的建模方法，以帮助深入了解这些蒸汽世界的组成及其原始形成机制。"当我们理解了宇宙中最常见行星的形成过程，就能将研究重点转向可能真正宜居的罕见系外行星，"领导新模型开发的博士后研究员阿尔乔姆·阿吉申表示。

这项研究成果发表于7月24日的《天体物理学杂志》，合著者包括UCSC天体生物学计划负责人娜塔莉·巴塔哈教授，以及天文与天体物理系主任乔纳森·福特尼教授。

超越冰卫星的范畴

詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)首次在数个亚海王星上确认了蒸汽存在。天文学家预计JWST还将观测到更多此类行星，这正是建立此类模型的关键价值——它将系外行星表面观测数据与其内部结构联系起来。

历史上用于描述亚海王星特征的模型，最初是为研究太阳系冰卫星（如木星的欧罗巴和土星的恩克拉多斯）开发的。阿吉申指出，精密模型有助于解读JWST等太空望远镜对亚海王星的观测结果。

冰卫星是小型致密天体，具有分层结构：液态水海洋上覆盖着冰壳。而亚海王星截然不同，其质量大10-100倍，且轨道距离恒星更近。因此它们不像欧罗巴或恩克拉多斯那样拥有冰壳和液态海洋，而是形成厚密的蒸汽大气层和"超临界水"层。

这种特殊的超临界水相已在实验室中被重现研究，其行为远比普通液态水或冰复杂——这使得精确建模极具挑战性。某些模型甚至指出，在亚海王星内部极端压力温度条件下，水可能转变为"超离子冰"相，此时水分子重组使氢离子能在氧晶格中自由移动。

海王星及潜在亚海王星都可能存在这种现象。因此研究人员需要理解水在纯蒸汽态、超临界流体态以及超离子冰等极端状态下的行为。该团队模型整合了极端条件下水物理性质的实验数据，推动了相关理论建模的发展。

"行星内部是研究地球实验室难以复现条件的天然'实验室'。我们的发现可能带来意想不到的应用前景。从这个角度看，水世界尤其奇特，"巴塔哈解释道，"未来我们或许会发现，某些水世界代表着银河系中生命的新栖息地。"

通过模拟这些常见系外行星的水分布，科学家能追踪宇宙中最丰富分子之一——水在行星系统形成过程中的运动轨迹。阿吉申指出水具有一系列迷人特性：

• 兼具酸碱两性，参与化学平衡
• 能有效溶解盐类、糖类和氨基酸
• 可形成氢键——赋予水更高粘度、沸点、储热能力等特性

"生命可视为复杂性的体现，"阿吉申说，"而水具有促成这种复杂性的广泛特性。"

承前启后的研究

他强调该模型不仅关注亚海王星的静态快照，更涵盖其数百万至数十亿年的演化过程。由于行星特性随时间显著变化，模拟这种演化对准确预测至关重要。

该模型将很快接受JWST持续观测的检验，同时也将应用于欧洲航天局即将发射的PLATO（行星凌星与恒星振荡）望远镜任务——该任务旨在搜寻宿主恒星宜居带内的类地行星。

"PLATO将验证我们模型的准确性，并指明改进方向，"阿吉申表示，"实际上，我们的模型正在为望远镜观测提供预测框架，同时为地外生命搜寻的下一步研究奠定基础。"