NASA发现冰冷的系外行星可能有提示适合人类居住区域的海洋和间歇泉

美国宇航局的卡西尼号飞船于 2010 年 11 月 30 日拍摄到了这张土卫二的图像。喷流下部的土卫二主体阴影清晰可见。图片来源：NASA/JPL-加州理工学院/空间科学研究所

美国国家航空航天局（NASA）的一项研究表明，17 颗系外行星（太阳系外的世界）的冰壳下可能有液态水海洋，这是生命的基本成分，从而扩大了对太阳系外生命的搜寻。这些海洋中的水偶尔会以喷泉的形式从冰壳中喷出。科学小组计算了这些系外行星上的喷泉活动量，这是首次进行这种估算。他们确定了两颗系外行星，距离足够近，可以用望远镜观测到这些喷发的迹象。

在宇宙中寻找其他地方的生命通常集中在位于恒星"宜居带"的系外行星上，在这个距离上，温度允许液态水在其表面持续存在。然而，过于遥远和寒冷的系外行星如果内部有足够的热量，冰壳下仍有可能存在海洋。在太阳系中，木星的卫星木卫二和土星的卫星土卫二就拥有地表下的海洋，因为它们受到主行星和邻近卫星引力潮汐的加热。

如果这些次表层海洋拥有其他必需品，比如能源供应以及生物分子中使用的元素和化合物，那么它们就可能孕育生命。在地球上，整个生态系统都是在热液喷口附近完全黑暗的海洋底部茁壮成长的，热液喷口可以提供能量和养分。

位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的Lynnae Quick博士说："我们的分析预测，这17个世界可能有冰雪覆盖的表面，但从放射性元素的衰变和宿主恒星的潮汐力中获得足够的内部加热，以维持内部海洋。由于它们经历了大量的内部加热，我们研究中的所有行星也都可能以间歇泉状羽流的形式出现低温火山爆发"。Quick是最近发表在《天体物理学杂志》上的一篇研究论文的主要作者。

洞察系外行星的组成和气候

研究小组研究了17颗已确认系外行星的状况，这些行星与地球大小相仿，但密度较低，这表明它们可能有大量的冰和水，而不是密度较高的岩石。虽然这些行星的确切成分仍然未知，但根据以往研究对其表面温度的初步估计，它们都比地球冷得多，这表明它们的表面可能覆盖着冰。

这项研究以木卫二和土卫二的已知表面亮度和其他特性为模型，重新进行了计算，从而改进了对每颗系外行星表面温度的估计。研究小组还估算了这些系外行星的内部总热量，方法是利用每颗系外行星的轨道形状来获取潮汐产生的热量，并将其与放射性活动产生的热量相加。表面温度和总热量估算得出了每颗系外行星的冰层厚度，因为海洋在内部受热的同时会在表面冷却和冻结。最后，他们将这些数据与木卫二的数据进行了比较，并将木卫二上间歇泉活动的估计水平作为保守的基线来估计系外行星上的间歇泉活动。

系外行星温度和活动的新视角

他们预测系外行星的表面温度比之前的估计温度低60华氏度（约33摄氏度）。估计的冰壳厚度从比邻半人马座b的约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，而木卫二的估计平均厚度为18英里（近29公里）。估计的间歇泉活动从开普勒 441b 的每秒 17.6 磅（约每秒 8 千克）上升到 LHS 1140 b 的每秒 639,640 磅（每秒 29 万千克）和比邻星半人马座 b 的每秒 1320 万磅（每秒 600 万千克），而木卫二的间歇泉活动为每秒 4400 磅（每秒 2,000 千克）。

探测地外间歇泉

Quick在12月12日于加利福尼亚州旧金山举行的美国地球物理联盟会议上发表了这一研究成果。

"当系外行星从恒星前方经过时，就能看到这种活动。某些颜色的星光可能会被喷泉中的水蒸气变暗或阻挡。"Quick说："零星探测到的水蒸气量随时间而变化，这表明存在低温火山喷发。水中可能含有其他元素和化合物，这些元素和化合物可以揭示水是否能够孕育生命。由于元素和化合物会以特定的"特征"颜色吸收光线，因此对星光的分析将有助于科学家确定喷泉的成分，并评估系外行星的宜居潜力。"

对于像比邻半人马座 b 这样从我们的视角无法穿越恒星的行星，喷泉活动可以通过强大的望远镜探测到，这种望远镜能够测量系外行星在绕恒星运行时反射的光线。间歇泉会在系外行星的表面排出冰粒子，这将使系外行星显得非常明亮和反光。

参考文献：Lynnae C. Quick、Aki Roberge、Guadalupe Tovar Mendoza、Elisa V. Quintana和Allison A. Youngblood撰写的《冷海洋行星上低温火山活动的前景》，2023年10月4日，《天体物理学杂志》。

DOI: 10.3847/1538-4357/ace9b6

编译来源：ScitechDaily