天文学家发现奇特系外行星：地下巨型岩浆海洋封存硫元素

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IT之家 3 月 16 日消息，牛津大学研究人员领衔的一支科学家团队，找到了太阳系外存在一类此前未知新型行星的证据。这颗奇特星球在地表之下的永久熔融岩石海洋中，封存了巨量硫元素。相关研究成果已于 3 月 16 日发表在《自然 · 天文学》期刊上。

据IT之家了解，这颗行星名为 L 98-59 d（因围绕太阳系外恒星运行，被称作系外行星），围绕距离地球约 35 光年的一颗小型红矮星运转。詹姆斯 · 韦布空间望远镜（JWST）的观测数据，结合地面天文台的资料，揭示了惊人发现：这颗行星体积约为地球的 1.6 倍，密度却异常偏低，大气中含有大量硫化氢。
无法归入任何已知类别的奇特系外行星

在此之前，天文学家对 L 98-59 d 这类行星，通常只有两种归类：要么是拥有富氢大气的岩质“气体矮行星”，要么是以深海和冰层为主的富水星球。
但最新研究表明，L 98-59 d 并不符合上述任何一种分类。相反，它很可能属于一个以重硫化合物为主导的全新行星类别。
拥有巨型岩浆海洋的星球

为深入研究这颗行星，来自牛津大学、格罗宁根大学、利兹大学和苏黎世联邦理工学院的研究人员，借助精密计算机模拟，追溯了它从形成后至今近 50 亿年的演化历程。
研究团队将望远镜观测数据与行星内部及大气的精细模型相结合，还原了其地表之下极深处的运行状态。
分析结果显示，L 98-59 d 的地幔极有可能由熔融硅酸盐岩石构成，与地球熔岩类似。其地表之下存在一片深达数千公里的全球性岩浆海洋。这片巨型熔融岩石库，能让行星在地质时间尺度下，在内部储存巨量硫元素。
这片岩浆海洋还维持着一层浓厚大气，大气中富含氢与硫化氢等含硫气体。通常情况下，宿主恒星的辐射会通过 X 射线驱动的大气逃逸作用，逐渐将这些气体剥离至太空。
大气与内部的化学物质交换

数十亿年来，行星熔融内部与大气的相互作用，塑造了科学家如今探测到的化学特征，也解释了 L 98-59 d 大气成分的异常之处。
研究人员提出，这颗行星或许是首个被确认的、拥有持久岩浆海洋的富气富硫行星代表。若该推论成立，意味着银河系中的行星多样性，远超科学家此前认知。
该研究第一作者、牛津大学物理系哈里森 · 尼科尔斯博士表示：“这一发现表明，天文学家目前用于划分小型行星的分类体系或许过于简单。尽管这颗熔融行星基本不可能存在生命，却展现了太阳系外星球的丰富多样性。我们不禁要问：还有多少类型的行星等待我们发现？”
硫元素如何塑造行星大气

2024 年，韦布望远镜在 L 98-59 d 高层大气中观测到二氧化硫及其他含硫气体。团队模型显示，宿主红矮星 L 98-59 的紫外辐射引发大气化学反应，便可生成这些气体。
与此同时，地下岩浆海洋如同挥发性化学物质的巨型储库，在行星形成后的数十亿年间，持续吸收与释放这些气体。行星内部深层储库与紫外驱动的大气化学作用相互影响，正是科学家观测到其异常特性的原因。
模拟还显示，L 98-59 d 形成之初拥有大量挥发性物质，曾类似体积更大的亚海王星型行星。随着时间推移，行星逐渐冷却并流失部分大气，最终体积收缩。
科学家认为，所有岩质行星（包括地球与火星）的初始状态都存在岩浆海洋。因此，研究遥远行星的岩浆海洋，能为探索地球早期历史提供线索。
还原遥远星球的演化历史

该研究合著者、牛津大学物理系雷蒙德 · 皮埃尔亨伯特教授表示：“令人振奋的是，我们能通过计算机模型，揭开一颗永远无法抵达的行星的隐藏内部。尽管天文学家只能从遥远太空测量行星的体积、质量与大气成分，但这项研究证明，我们可以还原这些外星世界的远古历史，发现太阳系中不存在的全新行星类型。”
韦布望远镜的新观测正持续输送海量数据，未来包括“阿里尔”（Ariel）、“柏拉图”（PLATO）在内的探测任务，还将带来更精细的观测结果。
研究团队计划借助机器学习技术，将模拟模型应用于未来观测数据，目标是绘制太阳系外各类行星的全貌，并将其与早期演化历史关联起来。研究行星的形成与演化，也能帮助科学家判断哪些环境可能孕育生命。
利兹大学 / 牛津大学的理查德 · 查特吉博士说：“我们的计算机模型模拟了各类行星过程，相当于让时光倒流，解析这颗奇特的岩质系外行星 L 98-59 d 的演化。带来臭鸡蛋气味的硫化氢，在这颗星球上扮演了关键角色。但和往常一样，我们仍需更多观测来研究这颗行星及同类天体。后续研究或许会发现，这种气味刺鼻的行星其实出奇普遍。”