大氣層使地球表面的生命成為可能，調節我們的氣候，並保護我們免受破壞性宇宙射線的傷害。雖然望遠鏡已經統計出越來越多的岩石行星，但科學家們曾認為它們的大部分大氣層早已消失。然而，芝加哥大學和斯坦福大學研究人員的一項新研究提出了一種機制，即這些行星不僅可以發展出充滿水蒸氣的大氣層，而且還能長時間保持它們。

這項研究於3月15日發表在《天體物理學雜誌》上，拓展了我們對行星形成的認識，並有助於指導在其他恆星系統中尋找宜居世界。

“我們的模型是說，這些熱的岩石系外行星應該在某個階段擁有以水為主的大氣層，對於一些行星來說，這可能是相當長的時間，”專注於研究行星大氣層如何隨時間演變的專家副教授Edwin Kite說。

隨著望遠鏡記錄了越來越多的系外行星，科學家們正試圖找出它們可能的樣子。一般來說，望遠鏡可以告訴人們一顆系外行星的物理大小，它與恆星的接近程度，或者還可能知道它的質量有多大。要想更進一步, 科學家必鬚根據我們對地球和太陽系中其他行星的了解來推斷。但最豐富的行星似乎與我們周圍的行星並不相似。

“我們從開普勒任務中已經知道的是，比海王星小一點的行星真的很豐富，這是一個驚喜，因為我們的太陽系中沒有，”Kite說。“我們不知道它們是由什麼組成的，但有強有力的證據表明它們是披著氫大氣層的岩漿球。”

還有數量較少的岩石行星也是類似的，但沒有氫大氣層。所以科學家推測，許多行星可能一開始就像那些大行星一樣，它們的大氣層是由氫氣構成的，但當附近的恆星點燃並吹走氫氣時，它們就會失去大氣層。

但這些模型中還有很多細節有待填補。斯坦福大學的Kite和合著者Laura Schaefer開始探索一些行星被熔岩海洋覆蓋的潛在後果。“液態岩漿其實是很流質的，”Kite說，所以它也會像地球上的海洋一樣劇烈翻轉。這些岩漿海洋很有可能從大氣中吸取氫氣，並發生反應形成水。有些水逃到了大氣層中， 但更多的水被吸進了岩漿。

當附近的恆星將氫氣大氣層剝離後，水以水蒸氣的形式被拉出大氣層。最終，行星只剩下以水為主的大氣層。Kite說，這個階段可能會在一些行星上持續數十億年。

有幾種方法可以測試這一假說。詹姆斯-韋伯太空望遠鏡是哈勃望遠鏡的強大“接班人”，計劃在今年晚些時候發射；它將能夠對系外行星的大氣層組成進行測量。如果它能探測到大氣層中含有水的行星，這將是一個信號。

另一種檢測方式是尋找大氣層的間接跡象。這些行星大多是潮汐鎖定的；與地球不同，它們在圍繞太陽運動時不會自轉，所以一邊總是熱的，另一邊是冷的。

一對芝加哥大學的校友提出了一種利用這種現象來檢查大氣層的方法。科學家Laura Kreidberg博士和Daniel Koll博士–現在分別在馬克斯-普朗克天文學研究所和麻省理工學院工作–指出，大氣層會為行星緩和溫度，所以白天的一側和夜晚的一側不會有劇烈的差異。如果望遠鏡能夠測量白天側的發光強度，應該能夠判斷是否有大氣層重新分配熱量。