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太陽系之外潛在的水世界﹐真的存在嗎﹖
寬廣的銀河系中似乎存在著各式各樣的水世界﹐我們能找到可能的移居家園嗎﹖
紅矮星上有常見的水世界﹖也許。這是一張外星球TOI-1452 b的圖片。它僅僅比地球大一點﹐而且可能被一片深海完全覆蓋。它圍繞著兩顆小紅矮星之中的其中一顆運動﹐位於距離地球100光年之外的天龍座。天文學家在2022年8月宣佈了這顆星球的發現。現在﹐一項新研究表明﹐在這些星體周圍﹐可能水世界很常見。
擁有著大量海洋﹑湖泊和河流的地球是一個水世界。在我們太陽系中的其他地方﹐存在著其他擁有地下海洋的星球﹐包括木衛二和土衛二。但是我們太陽系之外﹐存不存在水世界呢﹖越來越多的證據表明這是有可能的。事實上﹐一項來自芝加哥大學的新研究表明水世界可能在紅矮星周圍很常見。然而大部分的水可能是在地下。研究者們於2022年9月8日在科學雜誌上發表了經過同行評審的發現。
這項新研究聚焦於紅矮星﹐它是我們銀河系中最常見的一種恆星。天文學家迄今為止所發現的許多系外行星都圍繞紅矮星運行。研究者們想觀測圍繞著這些恆星運行的行星的數量。這些星球包括充滿岩石﹑富含水資源和富含氣體的行星。他們的實驗表明在那些行星上很有可能存在著水世界。這項新研究的領導拉斐爾·盧克在芝大新聞上說﹕「看到這麼多水世界圍繞著銀河系裡最常見的一種恆星運行﹐真的非常驚喜。這對尋找適宜居住的行星有著巨大的影響。」。
研究者們通過結合兩種不同的觀測技術﹐發現了有關行星大小和質量的線索。一種叫凌日法﹐基於從地球上的有利位置觀察到的行星在其恆星前方的交叉點。另一種是徑向速度法﹐用望遠鏡測量行星對恆星的極小引力。結合它們的結果﹐科學家們更好地瞭解這些行星有多大﹑多種。加那利群島天體物理研究所和拉古納大學的共同作者恩里克·帕萊說﹕「這兩種觀測行星的不同方法分別給了你不同的信息。
科學家們推測這些行星大部分應該是充滿岩石像地球一樣。然而結果表明他們或許更像是一半石頭一半水。這是因為行星的測量密度表明它們太輕﹐不可能是純岩石。就像芝加哥大學的雅各布·比恩說的一樣﹕「當我看到這個分析的時候很震驚。我和許多圈子裡的人都推測這些是乾燥充滿岩石的行星。」。
不過這裡有個陷阱。這些發現表明即使這些行星富含了很多水分﹐它還是很可能與岩石混合﹐或者是在地下﹐而不是在地表上飛濺流動。這是為什麼呢﹖因為這些特殊的行星非常近的圍繞著它們的恆星運動。沒有被蒸發掉的任何地表水﹐都會以超臨界氣相的形式存在。在這種情況下﹐行星的表觀半徑將會看起來更大。但這並不是天文學家觀測到的。正如盧克所指出的﹕「但我們在樣本中沒有看到﹐這表明水不是以表層海洋的形式存在。」。
如果這種情況是真的﹐這些行星大部分或全部的水都在地下﹐這可能會使它們更像木衛二或太陽系中的其他海洋衛星。在這些衛星上﹐液態水在冰的表層下面﹐但類比是相似的。具體來說木衛二不僅有地下海洋﹐而且有越來越多的證據表明﹐在冰殼內部有水或是湖泊。
這些發現也表明了行星的形成方式。它們支持這樣一種理論﹐即許多行星實際上是在遠離恆星的地方形成的﹐然後逐漸向內遷移。這些曾經溫度較低的行星最終可能會居住在離恆星更近的區域﹐那裡可能存在液態水。包括軌道遷移在內的形成模型可以解釋觀測結果﹐岩石行星在雪線內形成﹐而富含水的世界在雪線外形成﹐然後向內遷移。
木星的衛星木衛二是太陽系中除地球外最著名的海洋世界。木衛二的圖像是伽利略號宇宙飛船在1995年和1998年拍攝的圖像合成的。看到木衛二表面那些縱橫交錯的裂縫和山脊了嗎﹖它們使月亮看起來像一個開裂的雞蛋。
在2022年7月的另一項研究中﹐科學家們表示﹐具有濃厚原始大氣層的超級地球系外行星也可能是潛在的宜居水世界。科學家宣佈發現了一顆100光年外的超級地球系外行星﹐它可能完全被水覆蓋。從目前的研究和發現來看﹐我們的銀河系中似乎存在著各種各樣的水世界。真是令人興奮的展望！
芝加哥大學的科學家說﹐岩石水世界可能在紅矮星周圍很常見。然而﹐大部分水可能在地下而不是像海洋那樣在地表。
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