外星水世界不过是海市蜃楼

该研究在苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的领导下进行，与海德堡马克斯·普朗克天文研究所及加州大学洛杉矶分校的研究人员合作完成。K2-18b 比地球大但比海王星小，属于一类在我们太阳系中不存在的行星类别。然而观测表明，这类行星在外太空很常见。其中一些亚海王星体可能形成于远离其中心恒星的地方，位于所谓的雪线之外（水在此冻结成冰），随后向内迁移。

此前假设认为，部分此类行星在形成过程中能够积聚特别大量的水，如今在富含氢的大气层下蕴藏着深不见底的全球性海洋。专家将其称为 Hycean 行星（"hydrogen"（氢）与 "ocean"（海洋）的组合词）。

考量化学过程

"我们的计算表明这种情况不可能存在，" Dorn 表示。这是因为先前研究的一个根本缺陷在于忽略了大气层与行星内部之间的任何化学耦合。"我们现在已将行星内部与其大气层之间的相互作用纳入考量，" Dorn 团队研究员、该研究主要作者 Aaron Werlen 解释道，该研究已发表于《天体物理学杂志通讯》。

研究人员推测，亚海王星体在形成的早期阶段经历了被炽热深层岩浆海洋覆盖的时期。一层氢气外壳确保了该阶段持续了数百万年。

"在我们的研究中，我们探究了岩浆海洋与大气层之间的化学相互作用如何影响年轻亚海王星系外行星的含水量，" Werlen 说道。

为此，研究人员采用了一个描述行星在特定时间段演化的现有模型。他们将其与一个新模型相结合，该模型计算大气层气体与岩浆中金属和硅酸盐之间发生的化学过程。

水消失进入内部

研究人员计算了总计 248 个模型行星的 26 种不同组分的化学平衡状态。计算机模拟显示，化学平衡状态。计算机模拟显示，化学过程破坏了大部分 H₂O 水分子。氢（H）和氧（O）附着在金属化合物上，这些物质大部分消失在行星核心中。

尽管此类计算的精度存在一定局限性，但研究人员确信该结果。"我们关注主要趋势，并能在模拟中清晰看到行星的含水量远低于最初积聚的量，" Werlen 解释道。"实际以 H₂O 形式保留在表面的水最多仅占几个百分点。"

在早先发表的研究中，Dorn 的团队已能揭示行星的大部分水如何隐藏于内部。"在当前研究中，我们分析了这些亚海王星体上的总含水量，" 该研究员解释道，"根据计算结果，不存在如先前所认为的、拥有巨大水层且水占行星质量约 50% 的遥远世界。因此，含水量达 10%-90% 的 Hycean 世界极不可能存在。"

这使得寻找地外生命的难度超出预期。具备充足液态水、利于生命存在的表面条件，可能仅存在于较小的行星上，而这些行星可能需要比詹姆斯·韦伯太空望远镜更先进的天文台才能观测到。

地球并非特例

Dorn 发现，根据新计算显示大多数遥远行星的含水量与地球相似，地球的角色尤为引人注目。"地球可能不像我们想象的那么独特。至少在我们的研究中，它似乎是一颗典型的行星，" 她表示。

研究人员还对一个看似矛盾的差异感到惊讶：大气层最富含水分的行星，并非那些在雪线外积聚最多冰的行星，而是在雪线内形成的行星。在这些行星上，水并非来自冰晶，而是通过化学方式产生——行星大气中的氢与岩浆海洋中硅酸盐释放岩浆海洋中硅酸盐释放的氧发生反应，形成 H₂O 分子。

"这些发现挑战了富冰形成与富水大气层之间的经典关联。相反，它们突显了岩浆海洋与大气层之间的平衡在塑造行星组成方面的主导作用，" Werlen 总结道。这对行星形成理论以及在詹姆斯·韦伯望远镜时代对系外行星大气层的解读将产生深远影响。