一個大膽的地球化學模型表明，距離我們73 光年的亞海王星TOI-270 d 很可能是一顆隱藏在熾熱濃密大氣層中的巨大岩石世界，而不是一顆充滿水的海洋行星。

韋伯太空望遠鏡的觀測發現了溫度超過1000華氏度（約攝氏474度）的二氧化碳、甲烷和水蒸氣，並提出了一個全新的化學框架來解釋這些氣體的演化過程。這項發現徹底改變了我們對宜居帶系外行星的認知，標誌著利用太陽系化學工具探索外星世界的重大飛躍。

西南研究所(SwRI) 領導的一項新研究模擬了距離地球僅73 光年的行星TOI-270 d 的大氣層。研究人員發現的證據表明，這顆比地球大但比海王星小的系外行星可能是一顆被厚厚且極熱的大氣層包裹的岩石世界。由於其獨特的特性，TOI-270 d 可以作為“羅塞塔石碑”，幫助人們理解一類廣泛分佈但對其了解甚少的行星。

系外行星是指圍繞太陽系外恆星運行的行星。其中，「亞海王星」是指大小介於地球（太陽系中最大的岩質行星）和海王星（最小的氣態巨行星）之間的行星。

「亞海王星的性質是系外行星科學中最熱門的話題之一，」西南研究院的克里斯托弗·格萊因博士說道，他是一篇即將發表在《天體物理學雜誌》上的論文的第一作者。 「這些亞海王星是銀河系中數量最多的行星，但我們的太陽系中卻沒有這樣的行星。它們非常奇特。而溫和的亞海王星則更受關注，因為其中一些可能適宜生命生存。”

西南研究院(SwRI) 主導的一項研究模擬了TOI-270 d 的化學成分。 TOI-270 d 是一顆大小介於地球和海王星之間的系外行星，其發現的證據表明，它是一顆巨大的岩石行星（超級地球），周圍環繞著厚厚的高溫大氣層。 NASA 的詹姆斯韋伯太空望遠鏡(JWST) 探測到大氣層中超過1000 華氏度（約477 攝氏度）的區域散發出氣體，溫度甚至高於金星表面。模型顯示，潛在的岩漿海洋正在吸收大氣中的氨。隨後，高溫氣體經過平衡過程，被送入行星的光球層，詹姆斯韋伯太空望遠鏡(JWST) 可以偵測到它們。圖片來源：西南研究院

一些科學家認為，位於宜居帶（可能存在液態水）的亞海王星行星可能是被海洋覆蓋、大氣層稀薄且富含氫元素的行星。這些所謂的「海西恩」（Hycean）行星，就像之前研究過的K2-18 b一樣，被認為是宜居行星的潛在候選者。

然而，最近利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）對TOI-270 d的觀測卻揭示了不同的故事。數據表明，一個更簡單的模型更符合該行星的構造：一顆擁有熾熱稠密大氣層的大型岩石行星——更像是一顆超級地球，而不是海西恩星球。

「宜居星球的搜尋仍在繼續！Björn Benneke 和他的團隊收集的JWST TOI-270 d 數據具有革命性意義，」Glein 說。 「他們從如此小的系外行星大氣中提取出如此豐富的細節，令我震驚，這為了解一顆完全陌生的行星的故事提供了一個絕佳的機會。通過探測到二氧化碳、甲烷和水等分子，我們可以開始進行一些地球化學研究，以了解這個不同尋常的世界是如何形成的。”

美國太空總署的詹姆斯韋伯太空望遠鏡偵測到的氣體溫度超過華氏1000度（約攝氏477度），比金星表面還要高。新的地球化學模型解釋了氣體在這些溫度下如何經歷平衡過程，然後被提升到詹姆斯韋伯太空望遠鏡所能探測到的位置。

「雖然發現TOI-270 d不太可能適宜居住有點令人失望，但這顆行星仍然為探索行星起源和演化的其他路徑提供了絕佳的機會，」格萊因說。 “我們正在對大自然創造的行星奇特結構有更深入的了解。”

科學家一直對溫帶亞海王星大氣中缺乏氨的原因感到困惑。先前的模型表明，氨應該在富含氫氣的厚而熱的大氣中產生。這項新研究提供了一個綜合的視角，解釋了氨是如何透過多種行星過程的結合而消耗的，這些過程包括氮氣的高溫生成以及氨溶解在行星表面過熱的熔岩海洋中。格萊因的團隊也發現，這顆行星本身很可能缺乏氮，因為行星的固體構成要素，例如球粒隕石，通常也會缺乏氮。

「我發現行星科學和生物學之間有很多相似之處，」格萊因說。 「一套核心的建造模組和相互作用的規則導致了各種形態的爆發。我們開始在詹姆斯韋伯太空望遠鏡的成分特徵中看到一些這種多樣性。”

這項研究表明，系外行星地球化學如今已接近我們太陽系的複雜性。為太陽系開發的地球化學工具現在可以應用於系外行星大氣。這些研究為大氣溫度、可能的岩漿海以及行星大氣的起源提供了新的見解。

「我們希望透過多種途徑來更全面地描繪系外行星的內部運作和歷史，」格萊恩說。 「上次我查看時，我們已經發現了超過5800顆已確認的系外行星。TOI-270 d只是其中之一。下一顆系外行星會給我們帶來什麼，這將會非常有趣。”

編譯自/ ScitechDaily