太空望遠鏡揭示了35光年外有岩漿海洋和硫磺大氣的系外行星

一個國際天文學家小組在太陽系外的一個天體上發現了前所未有的大氣和表面特徵。最近的觀察表明，這是一個極端的環境，以活躍的火山活動和溫度為主，使得任何已知的生命形式都不可能存在。研究的目標是一顆名為 L 98-59 d 的系外行星，它繞著 Volans 星座中的一顆紅矮星運行。

高精度儀器擷取的數據顯示，這顆行星的表面已完全融化，形成了廣闊而深邃的岩漿海洋。熱測量表明，地球白天的溫度超過 1,500 度 Celsius。 Esse 等級的極端高溫可防止地表地函凝固，從而創造出動態且連續的地質環境。

詳細的光譜分析使科學家能夠準確地描繪當地的情況。 Entre 最相關的發現，關於行星系統的以下幾點引人注目：

– 該系統與 Terra 的精確距離為 35 光年，這使其成為天文學上相對較近的宇宙鄰居。

– 主星是一顆紅矮星，是一種比 Sol 更小、溫度更低的恆星類型，但以其高磁活動而聞名。

– 該行星的大氣層稠密，主要由重元素組成，幾乎完全不含原氫和氦。

密度異常和結構成分

L 98-59 d 的物理測量為行星形成模型提供了一個有趣的場景。這顆系外行星的半徑大約是 Terra 的 1.6 倍，因此最初將其歸類為超級地球類別。然而，它的質量並不線性遵循這個比例，導致計算得出的平均密度僅為 2.2 克/立方厘米。

對於岩石行星來說，這種異常低的密度表明其體積的很大一部分是由揮發性物質的包層組成的。研究人員確定，內部結構不能用純鐵核和矽酸鹽地函來解釋。厚厚的大氣層和熱膨脹的岩漿海洋的存在是對觀測到的體積相對於天體總質量的最一致的物理解釋。

潮汐加熱機制

L 98-59 d 表面的極端高溫熔化的主要來源不僅僅是來自其主星的輻射。該行星的軌道非常接近紅矮星，導致了強烈的引力交互作用。 Essa 的接近會產生巨大的潮汐力，當行星沿著軌道運行時，這些潮汐力會物理扭曲行星的結構。

除了恆星吸引力之外，L 98-59 d 還與同一系統中的其他行星處於軌道共振配置。 Essa 複雜的引力舞阻止行星的軌道變成完美的圓形。持續的軌道偏心率迫使行星內部反覆收縮和膨脹，產生巨大的內摩擦。

這種機械過程在天文物理學中被稱為潮汐加熱，與導致 Io（來自 Júpiter）的月球極端火山活動的現象相同。就 L 98-59 d 而言，加熱規模要大幾個數量級，提供了在全球範圍內保持岩石處於液態並為不間斷的火山活動提供燃料所需的熱能。

含硫氣氛的化學特徵

L 98-59 d大氣的觀測需要應用透射光譜技術。 Quando 行星經過其恆星前方，一小部分星光在到達 Terra 的望遠鏡之前穿過行星的氣態層。 Diferentes 分子吸收特定波長的光，在捕獲的光譜中留下獨特的化學特徵。

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數據顯示在與硫基化合物相對應的波長處有強烈吸收。大量二氧化硫和硫化氫的檢測證實了該行星的火山性質。暴露在地表的岩漿不斷釋放這些氣體，補充大氣層，並在熔岩海洋和氣體包層之間形成封閉的化學循環。

豐富硫磺的存在也表明，地球的原始大氣在數十億年來完全改變。來自紅矮星的紫外線輻射可能在系統早期分解了水分子和其他較輕的化合物。由此產生的氫逃逸到太空中，留下了現在主導大氣化學的重元素。

這種富含硫的成分可作為額外的熱毯。火山氣體具有很強的保留紅外線輻射的能力，產生極端的溫室效應，有助於將表面溫度維持在玄武岩熔點以上。

天文觀測的演變

L 98-59 系統的初步識別發生在 2019 年，透過 TESS 衛星收集的資料。衛星使用的凌日方法使得能夠偵測到恆星亮度的周期性下降，從而證實了軌道上存在多顆行星。 Naquela 時間，天文學家能夠計算出天體的大小和軌道周期，但其大氣層的確切性質仍然超出了技術範圍。

配備大直徑反射鏡、在紅外光譜範圍內運行的新一代太空望遠鏡的投入運行改變了這種情況。將恆星的光與行星自身的熱發射分開的能力使得現在公開的詳細特徵得以實現。這項儀器突破對於區分貧瘠的岩石行星和具有活躍火山活動和次生大氣的動態世界至關重要。

水形成和損失的動態

L 98-59 d 的地質歷史提供了紅矮星周圍行星演化的經驗數據。理論模型表明，在形成後的最初一億年裡，主星經歷了一個極端活動的階段，釋放出極高水平的高能量輻射和強烈的星風。如果在此期間行星表面存在液態水海洋，那麼恆星能量將導致這些水完全蒸發。高層大氣中水蒸氣分子的光解將氧氣與氫氣分離。由於行星的相對重力較低，氫氣流失到太空真空中，表面完全乾燥。剩餘的氧氣與地殼中的礦物質以及從地函中排出的硫發生反應，形成二氧化硫化合物，這些化合物構成了天文學家今天觀察到的厚氣層。

一個新的行星類別

L 98-59 d的獨特特徵迫使科學界建立新的天體分類。這顆行星不符合傳統的緻密岩石超級地球模型，也不符合具有厚厚氫大氣層的迷你海王星。具有全球岩漿海洋的硫世界的定義為銀河系中的行星多樣性創建了一個新參數。

系外行星探索的未來

一顆距離恆星如此之近的行星上存在著富含硫的大氣層，證明了氣體包層在極端輻射條件下的彈性。持續的火山活動是抵禦恆星風引起的大氣侵蝕的防禦機制。 Enquanto 行星有內部能量來維持熔融地幔，噴出的火山氣體會不斷取代流失到太空的大氣層。

對這個恆星系統的研究將繼續成為天文物理學的優先目標。對 L 98-59 d 的持續觀測將使我們能夠完善岩漿海洋中的流體動力學模型，並更好地了解硫化學在極端溫度下如何運作。繪製紅矮星周圍的其他系統將試圖確定硫世界是一個孤立的異常現象還是遭受強烈潮汐加熱的行星的共同演化階段。