科学家发现了一颗令人意想不到的新行星,它是一颗熔岩行星,但温度却相对较低。实际上,这是人类目前观测到拥有大气层的最冷熔岩行星。

研究人员对HD 3167 b进行了观测,这是一颗表面覆盖熔岩的岩石超级地球,围绕一颗距地球154光年的恒星运转。该行星的公转轨道非常靠近恒星,在它上面,一“年”(即绕恒星完整公转一周)仅相当于地球上的一天。它不仅是熔岩覆盖的岩石星球,也是科学家迄今发现体积最小的熔岩行星。尽管如此,它仍然成功保留了自己的大气层。

该研究的合著者、芝加哥大学地球物理科学副教授埃德温·凯特(Edwin Kite)在一份声明中指出:“非常令人意外的是,一颗岩石行星的轨道离恒星越近,理论上保留大气层就越困难,因为它会持续受到恒星风的冲击,并接收大量高能光子。但目前看来,许多这类熔岩行星确实拥有大气层。”

自三十多年前第一颗系外行星(即太阳系以外的行星)被确认以来,科学家至今已发现超过6300种不同类型的系外行星。从类似热木星的气态巨行星,到小型的类海王星天体,行星种类之多令人惊讶。其中包含少数“熔岩行星”,即温度高到地表融化为炽热熔岩的岩石星球。

在这项新研究中,科研团队利用詹姆斯·韦布空间望远镜上的中红外仪器(MIRI)进行观测。该设备能捕捉行星的中红外信号,帮助研究人员估算温度并探测大气层的存在。科学家使用这一仪器,在行星发生“次食”期间进行观测;次食是指行星运行到恒星后方时,研究人员借此捕捉中红外光的变化。

这颗行星处于潮汐锁定状态,这在熔岩行星中很常见。也就是说,它的一面永远朝向恒星,另一面则永久处于黑暗之中。不过,这颗新发现的行星与其他同类略有不同。本研究第一作者、凯特研究小组的研究生布兰登·帕克·科伊(Brandon Park Coy)在同一份声明中提到,如果这颗行星没有大气层,考虑到它与恒星如此近的距离,其向阳面温度“将达到理论上的极限值”。但观测结果并非如此。科伊补充说,团队实际观测到的是一颗温度异常偏低且保有大气层的行星,其温度“明显低于理论上可能达到的最高温度”。

研究人员据此得出结论:这颗行星应该拥有一层大气层,大气层会反射恒星的光照,并将热量重新输送到背阴面,从而为向阳面降温。因此,尽管其温度仍足以形成熔岩地表,但它是目前人类发现的、存在大气层的熔岩行星中温度最低的一颗。

奇怪的是,虽然本次正是通过温度特征推断这颗行星很可能拥有大气层,但此前科学家已在温度极高的熔岩行星上发现过大气层。这引发了一系列新问题:这类行星究竟如何形成大气层,以及形成大气层对应的温度范围是多少。

本次发现隶属于一个更大的科研项目,该项目旨在解答上述疑问。这项研究由马里兰大学的天文学家梅根·韦纳·曼斯菲尔德(Megan Weiner Mansfield)领导,共观测十颗不同的熔岩行星,以探究这类行星通常在何种温度条件下形成大气层。

这一发现也进一步支持了越来越多科学家持有的观点:绝大多数熔岩行星很可能都拥有大气层。通过研究这些遥远而奇特的外星世界,系外行星科学正在不断拓展认知边界,同时也有助于我们更好地理解地球本身,以及宇宙中生命可能如何诞生与存续。

凯特表示:“这些行星温度过高,不适合生命生存,但通过研究它们,我们可以加深理解那些对其他岩石行星至关重要的演化过程。”

科伊补充说:“尽管这类星球的环境完全不适合生命栖息,我们仍对其感兴趣。因为我们认为早期的地球,样貌或许与熔岩行星非常相似。在太阳系形成的极早期,类地行星刚诞生时,大量星子撞击释放的巨大能量使行星温度极高。当时的地球处于岩浆洋阶段,整个地表完全处于熔融液态。这项研究成果,也为我们窥探地球最初几百万年的环境状况打开了一扇窗口。”

IT之家注意到,该研究相关内容已正式发表于《天体物理学快报》(The Astrophysical Journal Letters)。

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