“独特而极端”：詹姆斯·韦伯望远镜探测到可能存在火山喷发的外星世界

天文学家使用詹姆斯·韦伯太空望远镜发现了一颗遥远系外行星上火山活动释放气体的可能迹象。

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今天，我们知道超过 5,000 颗系外行星：太阳系外绕其他恒星运行的行星。在发现新世界的努力继续进行的同时，我们正在稳步了解更多关于我们已经发现的系外行星的信息：它们的大小、它们的成分以及它们是否有大气层。

我们的团队现已提供初步证据，证明在一个距离地球 35 光年、体积为地球 1.5 倍的世界上存在富含硫的大气层。如果得到证实，它将是已知最小的有大气层的系外行星。该大气中可能存在二氧化硫(SO2)和硫化氢(H2S)气体，暗示存在熔融或火山表面。

在我们的太阳系中，我们有两类不同的行星：小型岩石行星，包括地球和火星，以及气态巨行星，例如木星和土星。然而，系外行星的大小范围很大。我们的太阳系缺少一颗大小在地球和海王星之间的行星，但事实证明，这是我们在银河系其他恒星周围看到的最常见的行星类型。

接近海王星大小的称为亚海王星，接近地球大小的称为超级地球。 L 98-59 d是一颗超级地球，比地球稍大、稍重。这些行星的大气成分仍然是一个悬而未决的问题，我们只是通过 2021 年发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 才开始探索这个问题。

L 98-59 d 于 2019 年由美国宇航局的苔丝太空望远镜发现。大多数系外行星，包括 L 98-59 d，都是使用“凌日法”探测到的。当行星经过恒星前方时，它可以测量星光的微小下降。对于较大的行星来说，这种下降更为明显，使我们能够计算出行星的大小。

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即使是 JWST 也无法将这些微小行星与其主恒星分开，因为它们绕恒星运行的距离太近。但有一种方法可以从这种纠缠的光中“看到”行星的大气层。当一颗行星经过其恒星前方时，一些星光会穿过行星的大气层，撞击那里存在的气体分子或原子，然后到达地球上的我们。

每种气体都会以自己特有的方式改变光线。根据我们从该恒星系统接收到的光，我们可以推断出该大气层的成分可能是什么。这称为透射光谱，这是一种经过验证的技术，之前曾用于确认系外行星大气中二氧化碳的存在。

我是国际科学家团队的一员，他们利用 JWST 观测到 L 98-59 d 凌日穿过其主星圆盘的一次。然后，我们从这些观测中获得了系外行星大气的透射谱。该光谱暗示可能存在充满二氧化硫和硫化氢的大气。

这一发现令人惊讶，因为它与我们太阳系中岩石行星的大气层形成鲜明对比，在太阳系中，水蒸气和二氧化碳更为普遍。例如，地球的大气层富含氮和氧，还含有微量的水蒸气。与此同时，金星有浓厚的大气层，主要成分是二氧化碳。甚至火星也有一层稀薄的大气，主要成分是二氧化碳。

然后，我们使用计算机模型，结合我们对行星大气的理解和来自 L 98-59 d 的光，得出该行星大气成分的潜在图片。由于不存在二氧化碳等常见气体，而存在 SO2 和 H2S，这表明大气层的形成过程与我们在太阳系中所熟悉的过程完全不同。这暗示了 L 98-59 d 上存在独特和极端的条件，例如熔融或火山表面。

需要进行额外的观察来确认这些气体的存在。 JWST 的观测此前曾在一颗系外行星上发现过 SO2 的迹象，但这是一颗气态巨行星，而不是像 L 98-59 d 这样的潜在岩石世界。

外火山？

SO2 和 H2S 的潜在存在引发了对其来源的疑问。一种爆炸可能性是潮汐加热驱动的火山活动，就像在木星卫星木卫一上观察到的情况一样。当这颗行星上的主恒星沿着轨道运行时，它的引力会拉伸和挤压它。这种运动可以使地球中心升温，熔化其内部并产生极端的火山喷发，甚至可能形成岩浆海洋。

再加上它距离恒星很近（这个星球上的一年是七个半地球日），表面可以达到真正地狱般的温度。如果未来的观测支持这种大气层的存在，那么它不仅将成为具有探测到大气层的最小系外行星，而且也是了解此类行星性质的关键一步。

探测小型岩石行星上的大气层异常困难，因为这些行星与主恒星相比非常小，而且来自主恒星的强烈辐射经常会剥离大气层。这些观察结果虽然很诱人，但仅来自一次凌日。这意味着仪器噪音和其他因素阻止我们做出统计上强有力的主张。未来的 JWST 观测结果将是证实或反驳我们分析的关键。

L 98-59 d 可能不是我们所知的生命候选者，但研究其含硫大气和潜在的火山活动为了解其他恒星周围的世界提供了宝贵的见解。像这样的极端世界可以帮助我们了解整个银河系行星演化的多样性。

这篇编辑过的文章是在知识共享许可下从The Conversation重新发布的。阅读原始文章。