詹姆斯韋伯太空望遠鏡發現了岩石系外行星 TOI-561 b 周圍有一層氣體的跡象。這項發現顯示天體表面存在著廣闊的岩漿海洋。這顆行星以極短的距離繞著主恆星運行。研究人員使用高精度儀器捕獲系統的紅外線發射。這些數據與最初的預期相矛盾，即恆星輻射已經清除了該地點的任何大氣痕跡。
該行星系統距離地球約 280 光年，以已知標準來看，其環境並不適合居住。靠近中心恆星使表面溫度升高到極端水平。科學家估計，強烈的熱量會永久融化岩石地殼。這種現象創造了一個地質循環，其中岩漿充當動態儲庫。白熾材料不斷吸收揮發性化合物並將其釋放到外太空，挑戰了傳統的行星形成模型。
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天體的物理和軌道特徵
系外行星 TOI-561 b 屬於超級地球類別。此分類將尺寸大於地球但小於太陽系氣態巨行星的岩石世界分組。天文學家計算出的密度達到每立方公分4.3公克。該值表明，受到高壓作用的純岩石球體的內部成分比預期的要鬆散。這次測量強化了地球周圍存在氣體包層的假設，改變了對恆星結構的看法。
行星的軌道動力學決定了表面記錄的極端天氣。天體繞恆星旋轉一圈僅需10小時33分鐘。其速度令專家印象深刻。這顆主恆星估計已有 100 億年的歷史，且重金屬濃度較低。這一情景表明，該系統是在宇宙非常古老的時期形成的，當時星系中的重元素仍然稀缺。
天文觀測已經整合了這顆系外行星與我們世界的比例的詳細輪廓。
- 這顆行星的半徑約為地球大小的 1.4 倍。
- 天體的總質量是地球質量的兩倍。
- 該系統的中心恆星發出大量連續輻射。
- 行星始終保持同一面面向熱源。
- 強大的引力阻止了地球的旋轉運動。
被照亮的表面不間斷地接受恆星能量的直接衝擊。白天氣溫超過攝氏2700度。夜晚的一面仍然陷入永恆的黑暗之中。兩個半球之間的熱差在空間觀測設備檢測到的薄氣體層中產生複雜的能量流。
岩漿海洋動力學與大氣維持
在如此惡劣的環境中大氣層的生存一直困擾著科學界。具有超短軌道的行星通常會因恆星風而迅速失去其氣體包層。揮發性物質蒸發並逃逸到深空。就 TOI-561 b 而言，全球岩漿海洋提供了這個謎團的答案。熔岩充當持續的地質引擎，循環利用地殼中的化學元素。
岩漿在一定的壓力和溫度條件下溶解其內部的氣體。當材料循環並到達表面時，揮發性化合物以蒸氣的形式釋放。這個過程取代大氣層的速度與恆星輻射破壞大氣層的速度相同。吸收和發射的不斷循環創造了罕見的動態平衡。地球內部和外部空間之間的相互作用防止世界變成貧瘠、光禿禿的岩石。
研究人員在《天文物理學雜誌快報》上發表了分析結果。研究詳細介紹了岩漿的化學成分如何影響噴出氣體的類型。電腦模型表明，次生大氣與數十億年前形成地球的原始雲有很大不同。極端高溫會改變地表元素的分子結構，從而產生依賴全球火山活動的獨特大氣化學成分。
用於捕獲空間數據的紅外線技術
收集資訊需要使用近紅外光譜儀，稱為 NIRSpec。該設備是詹姆斯韋伯太空望遠鏡主體結構的一部分。此次觀測活動於 2024 年 5 月進行。天文學家對該系統進行了連續超過 37 個小時的監測。曝光時間允許記錄系外行星的四個完整軌道，確保有足夠的數據用於精確的統計分析。
研究團隊使用二次日食技術來隔離行星的光。此方法包括測量行星靠近恆星時系統的總亮度。然後，當行星從恆星後面經過時，科學家測量了恆星發出的光。兩個值之間的差異揭示了天體本身發出的熱能的確切數量。詹姆斯韋伯望遠鏡的精確度使測量成為可能，克服了先前天文台的局限性。
兩個獨立的數據處理通道證實了結果。嚴格的分析消除了儀器變化或宇宙幹擾引起的噪音。所得的光譜顯示出與固體岩石表面不對應的圖案。熱訊號直接顯示存在氣態層，該氣態層在全球傳播熱量，將部分能量從白天消散到較冷的地區。
與地球地質歷史的聯繫
極端世界的研究為我們星球的過去提供了線索。地球形成後不久就經歷了全球岩漿海洋階段。巨大天體的撞擊融化了早期地殼。了解 TOI-561 b 如何管理其揮發性氣體有助於地質學家了解地球早期大氣的演化。無論恆星系統之間的距離如何，物理過程都遵循相同的普遍定律。
這項發現擴大了宇宙中大氣保留的已知極限。先前的理論模型確定，距離恆星如此之近的世界將無法支持任何氣體覆蓋。直接觀察打破了這個範式。考慮到火山活動和岩漿海洋在氣體更新中的積極作用，行星科學現在需要審查古代恆星系統中大氣蒸發的計算。
新的觀測活動計劃繪製這顆系外行星上熱量的準確分佈圖。天文學家計劃研究該天體的完整相位曲線。該程式將測量當行星以不同角度照射地球時的溫度變化。未來的數據將詳細說明熾熱岩漿海洋所釋放氣體的確切化學成分，揭示這個遙遠世界的組成部分。