康乃爾大學的科學家正在建立一個玄武岩光譜庫，以研究系外行星的成分並探測潛在的水證據。 利用JWST 數據和基於系外行星LHS 3844b 的模擬，他們分析了光譜特徵，以區分不同的岩石類型。 他們的發現可以增進對系外行星表面和宜居性的了解。

研究人員正在利用玄武岩光譜研究系外行星，並用詹姆斯-韋伯太空望遠鏡尋找水。透過研究地球熱地函中的化學過程，康乃爾大學的科學家們正在建立一個基於玄武岩光譜特徵的資料庫。 這項研究旨在確定太陽系外行星的成分，並為這些系外行星上的水提供證據。

工程學教授埃斯特班-加澤爾（Esteban Gazel）說：”當地球地函熔化時，就會產生玄武岩。玄武岩是一種遍布太陽系的灰黑色火山岩，是地質歷史的重要記錄者。當火星地函融化時，也會產生玄武岩。月球大部分是玄武岩，”他說。 “我們正在地球上測試玄武質材料，以便最終透過詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的數據來闡明系外行星的成分”。

Gazel和Emily First（前康乃爾大學博士後研究員，現為明尼蘇達州馬卡萊斯特學院助理教授）是最近發表在《自然-天文學》上的一項研究的作者。

Gazel說，了解礦物如何記錄形成這些岩石的過程，以及它們的光譜特徵，是開發它們的圖書館的第一步：”我們知道，大多數系外行星都會產生玄武岩，因為它們的主星金屬性會導致地函礦物（鐵鎂矽酸鹽），這樣當它們熔化時，相平衡（兩種物質狀態之間的平衡）就會預測銀河系所產生的熔岩會盛行我們所產生的熔岩。

首先測量了15個玄武岩樣本的發射率，這指的是表面對所遇能量的輻射程度，可以幫助尋找太空望遠鏡的中紅外光譜儀可能偵測到的光譜特徵。

一旦玄武岩熔體在系外行星上噴發並冷卻下來，玄武岩就會硬化成堅硬的岩石，在地球上稱為熔岩。 如果有水存在，這種岩石會與水發生作用，形成新的水合礦物，很容易在紅外線光譜中發現。 這些改變的礦物可能變成閃石（一種水合矽酸鹽）或蛇紋石（另一種水合矽酸鹽，看起來像蛇皮）。

加澤爾說，透過研究玄武岩樣本之間微小的光譜差異，科學家理論上可以確定係外行星是否曾經有流動的地表水或內部水。

水的證據不會立即出現，在採用這種探測方法之前還需要進一步的工作。 詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）距離地球約100 萬英里，要花幾十到幾百個小時才能聚焦到一光年外的一個系統，然後還要花更多的時間來分析數據。

研究小組在尋找一顆岩石系外行星來模擬其假設並考慮15種不同的特徵時，使用了來自超級地球系外行星LHS 3844b的數據。

在天文學副教授尼科爾-劉易斯（Nikole Lewis）實驗室工作的伊山-米甚拉（Ishan Mishra）編寫了計算機代碼，對”First”的光譜數據進行建模，以模擬不同系外行星表面在JWST上的表現。

劉易斯說，建模工具最初是用於其他應用的。 “Ishan的編碼工具最初用於研究太陽系中的冰衛星，」她說。 “我們現在終於要把我們在太陽系中學到的知識轉化到系外行星中去了。”

“我們的目標不是專門評估LHS 3844b行星，”First說，”而是考慮JWST和其他天文台在未來幾年可能觀測到的玄武岩質系外行星的合理範圍。”

研究人員說，在系外行星方面，對岩石表面的探索大多局限於單一數據點–在科學文獻中只找到化學類型的證據，但隨著觀測者利用JWST，這種情況正在向多成分轉變。

地質學家們說，透過嘗試找出與礦物學和大塊化學成分有關的特徵–例如，岩石中含有多少矽、鋁和鎂–地質學家可以更多地了解岩石的形成條件。

First說：”在地球上，如果有玄武岩從大洋中脊深處的洋底噴發出來，而那些玄武岩則在夏威夷這樣的海洋島嶼上噴發，你會發現它們的主體化學成分存在一些差異。但即使是塊狀化學成分相似的岩石，也可能含有不同的礦物，因此這些都是需要研究的重要特徵。”

編譯自/ ScitechDaily