NASA的韦伯太空望远镜发现一颗拥有灼热大气层的超级地球

一个大胆的地球化学模型表明，距离我们 73 光年的亚海王星 TOI-270 d 很可能是一颗隐藏在炽热浓密大气层中的巨大岩石世界，而不是一颗充满水的海洋行星。

韦伯太空望远镜的观测发现了温度超过1000华氏度（约474摄氏度）的二氧化碳、甲烷和水蒸气，并提出了一个全新的化学框架来解释这些气体的演化过程。这一发现彻底改变了我们对宜居带系外行星的认知，标志着利用太阳系化学工具探索外星世界的重大飞跃。

西南研究所 (SwRI) 领导的一项新研究模拟了距离地球仅 73 光年的行星 TOI-270 d 的大气层。研究人员发现的证据表明，这颗比地球大但比海王星小的系外行星可能是一颗被厚厚且极热的大气层包裹的岩石世界。由于其独特的特性，TOI-270 d 可以作为“罗塞塔石碑”，帮助人们理解一类广泛分布但对其了解甚少的行星。

系外行星是指围绕太阳系外恒星运行的行星。其中，“亚海王星”是指大小介于地球（太阳系中最大的岩质行星）和海王星（最小的气态巨行星）之间的行星。

“亚海王星的性质是系外行星科学中最热门的话题之一，”西南研究院的克里斯托弗·格莱因博士说道，他是一篇即将发表在《天体物理学杂志》上的论文的第一作者。“这些亚海王星是银河系中数量最多的行星，但我们的太阳系中却没有这样的行星。它们非常奇特。而温和的亚海王星则更受关注，因为其中一些可能适宜生命生存。”

西南研究院 (SwRI) 主导的一项研究模拟了 TOI-270 d 的化学成分。TOI-270 d 是一颗大小介于地球和海王星之间的系外行星，其发现的证据表明，它是一颗巨大的岩石行星（超级地球），周围环绕着厚厚的高温大气层。NASA 的詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 探测到大气层中超过 1000 华氏度（约 477 摄氏度）的区域散发出气体，温度甚至高于金星表面。该模型显示，潜在的岩浆海洋正在吸收大气中的氨。随后，高温气体经过平衡过程，被送入行星的光球层，詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 可以探测到它们。图片来源：西南研究院

一些科学家认为，位于宜居带（可能存在液态水）的亚海王星行星可能是被海洋覆盖、大气层稀薄且富含氢元素的行星。这些所谓的“海西恩”（Hycean）行星，就像之前研究过的K2-18 b一样，被认为是宜居行星的潜在候选者。

然而，最近利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）对TOI-270 d的观测却揭示了不同的故事。数据表明，一个更简单的模型更符合该行星的构造：一颗拥有炽热稠密大气层的大型岩石行星——更像是一颗超级地球，而非海西恩星球。

“宜居星球的搜寻仍在继续！Björn Benneke 和他的团队收集的 JWST TOI-270 d 数据具有革命性意义，”Glein 说道。“他们从如此小的系外行星大气中提取出如此丰富的细节，令我震惊，这为了解一颗完全陌生的行星的故事提供了一个绝佳的机会。通过探测到二氧化碳、甲烷和水等分子，我们可以开始进行一些地球化学研究，以了解这个不同寻常的世界是如何形成的。”

美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜探测到的气体温度超过1000华氏度（约477摄氏度），比金星表面还要高。新的地球化学模型解释了气体在这些温度下如何经历平衡过程，然后被提升到詹姆斯·韦伯太空望远镜能够探测到的位置。

“虽然发现TOI-270 d不太可能适宜居住有点令人失望，但这颗行星仍然为探索行星起源和演化的其他路径提供了绝佳的机会，”格莱因说。“我们正在对大自然创造的行星奇特结构有更深入的了解。”

科学家们一直对温带亚海王星大气中缺乏氨的原因感到困惑。先前的模型表明，氨应该在富含氢气的厚而热的大气中产生。这项新研究提供了一个综合的视角，解释了氨是如何通过多种行星过程的结合而消耗的，这些过程包括氮气的高温生成以及氨溶解在行星表面过热的熔岩海洋中。格莱因的团队还发现，这颗行星本身很可能缺氮，因为行星的固体构成要素，例如球粒陨石，通常也缺氮。

“我发现行星科学和生物学之间有很多相似之处，”格莱因说。“一套核心的构建模块和相互作用的规则导致了各种形态的爆发。我们开始在詹姆斯·韦伯太空望远镜的成分特征中看到一些这种多样性。”

这项研究表明，系外行星地球化学如今已接近我们太阳系的复杂程度。为太阳系开发的地球化学工具现在可以应用于系外行星大气。这些研究为大气温度、可能的岩浆海以及行星大气的起源提供了新的见解。

“我们希望通过多种途径来更全面地描绘系外行星的内部运作和历史，”格莱恩说道。“上次我查看时，我们已经发现了超过5800颗已确认的系外行星。TOI-270 d只是其中之一。下一颗系外行星会给我们带来什么，这将会非常有趣。”

编译自/ScitechDaily