美國國家航空暨太空總署的一項研究表明，17顆系外行星的冰層下方可能蘊藏著支持生命的海洋，內部加熱可能驅動噴泉。這項研究將這些系外行星與木衛二和土衛二進行了比較，從而加強了對宇宙中生命的探索。

美國太空總署的卡西尼號太空船於2010 年11 月30 日拍攝了這張土衛二的影像。噴流下部的土衛二主體陰影清晰可見。圖片來源：NASA/JPL-加州理工學院/太空科學研究所

美國國家航空暨太空總署（NASA）的一項研究表明，17 顆系外行星（太陽系外的世界）的冰殼下可能有液態水海洋，這是生命的基本成分，從而擴大了對太陽系外生命的搜尋。這些海洋中的水偶爾會以噴泉的形式從冰殼中噴出。科學小組計算了這些系外行星上的噴泉活動量，這是首次進行這種估算。他們確定了兩顆系外行星，距離足夠近，可以用望遠鏡觀測到這些噴發的跡象。

在宇宙中尋找其他地方的生命通常集中在位於恆星”宜居帶”的系外行星上，在這個距離上，溫度允許液態水在其表面持續存在。然而，過於遙遠和寒冷的系外行星如果內部有足夠的熱量，冰殼下仍有可能存在海洋。在太陽系中，木星的衛星木衛二和土星的衛星土衛二就擁有地表下的海洋，因為它們受到主行星和鄰近衛星引力潮汐的加熱。

如果這些次表層海洋擁有其他必需品，例如能源供應以及生物分子中使用的元素和化合物，那麼它們就可能孕育生命。在地球上，整個生態系統都是在熱液噴口附近完全黑暗的海洋底部茁壯成長的，熱液噴口可以提供能量和養分。

位於馬裡蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心的Lynnae Quick博士說：”我們的分析預測，這17個世界可能有冰雪覆蓋的表面，但從放射性元素的衰變和宿主恆星的潮汐力中獲得足夠的內部加熱，以維持內部海洋。由於它們經歷了大量的內部加熱，我們研究中的所有行星也都可能以間歇泉狀羽流的形式出現低溫火山爆發”。Quick是最近發表在《天文物理學雜誌》上的一篇研究論文的主要作者。

洞察系外行星的組成與氣候

研究小組研究了17顆已確認系外行星的狀況，這些行星與地球大小相仿，但密度較低，這表明它們可能有大量的冰和水，而不是密度較高的岩石。雖然這些行星的確切成分仍然未知，但根據以往研究對其表面溫度的初步估計，它們都比地球冷得多，這表明它們的表面可能覆蓋著冰。

這項研究以木衛二和土衛二的已知表面亮度和其他特性為模型，重新進行了計算，從而改進了每顆系外行星表面溫度的估計。研究團隊也估算了這些系外行星的內部總熱量，方法是利用每顆系外行星的軌道形狀來獲取潮汐產生的熱量，並將其與放射性活動產生的熱量相加。表面溫度和總熱量估算得出了每顆系外行星的冰層厚度，因為海洋在內部加熱的同時會在表面冷卻和凍結。最後，他們將這些數據與木衛二的數據進行了比較，並將木衛二上間歇泉活動的估計水平作為保守的基線來估計系外行星上的間歇泉活動。

系外行星溫度和活動的新視角

他們預測系外行星的表面溫度比之前的估計溫度低60華氏度（約攝氏33度）。估計的冰殼厚度從比鄰半人馬座b的約190英尺（58米）和LHS 1140 b的1英里（1.6公里）到MOA 2007 BLG 192Lb的24英里（38.6公里）不等，而木衛二的估計平均厚度為18英里（近29公里）。估計的間歇泉活動從開普勒441b 的每秒17.6 磅（約每秒8 公斤）上升到LHS 1140 b 的每秒639,640 磅（每秒29 萬公斤）和比鄰星半人馬座b 的每秒1320 萬磅（每秒600 萬公斤），而木衛二的間歇泉活動為每秒4400 磅（每秒2,000 公斤）。

探測地外間歇泉

Quick在12月12日於加州舊金山舉行的美國地球物理聯盟會議上發表了這項研究成果。

“當系外行星從恆星前方經過時，就能看到這種活動。某些顏色的星光可能會被噴泉中的水蒸氣變暗或阻擋。”Quick說：”零星探測到的水蒸氣量隨時間而變化，這表明存在低溫火山噴發。水中可能含有其他元素和化合物，這些元素和化合物可以揭示水是否能夠孕育生命。由於元素和化合物會以特定的”特徵”顏色吸收光線，因此對星光的分析將有助於科學家確定噴泉的成分，並評估系外行星的宜居潛力。”

對於像比鄰半人馬座b 這樣從我們的視角無法穿越恆星的行星，噴泉活動可以透過強大的望遠鏡探測到，這種望遠鏡能夠測量系外行星在繞恆星運行時反射的光線。間歇泉會在系外行星的表面排出冰粒子，這將使系外行星看起來非常明亮和反光。

參考文獻：Lynnae C. Quick、Aki Roberge、Guadalupe Tovar Mendoza、Elisa V. Quintana和Allison A. Youngblood撰寫的《冷海洋行星上低溫火山活動的前景》，2023年10月4日，《天文物理學雜誌》。

DOI: 10.3847/1538-4357/ace9b6

編譯來源：ScitechDaily