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用化学揭示了隐藏的外星海洋

地球旁边的一个更大的行星与平原的大气,在黑色的背景。
亚海王星是比海王星小但比地球大的行星。它们的直径一般在地球直径的1.7到3.5倍之间。美国宇航局的一项新研究表明,天文学家可以通过分析其中一些星球的大气化学成分来探测海洋。图像通过NASA /姓名

我们的地球是太阳系中唯一一个表面有液态水的星球。在太阳系中,地球上的海洋是独一无二的。但科学家认为还有更多海洋世界在银河系的其他地方2021年10月底,NASA发布一项新的研究表明,科学家们可以在遥远的星球上发现隐藏的外星海洋系外行星通过化学的应用。研究表明,在有海洋的星球上,与表面没有海洋的星球相比,大气的化学组成是截然不同的。

同行评议研究论文是发表天体物理学杂志快报10月28日。它也可以作为免费的预印本在arXiv上。

利用化学发现隐藏的外星海洋

这项新的研究提出,天文学家可以通过分析系外行星的大气化学成分来探测它们的海洋。一般来说,这适用于地球大小的星球,超级地球甚至一些sub-Neptunes(任何带有半径比海王星小但比地球大)。这篇论文关注的是直径在地球的1.7到3.5倍之间的行星。望远镜与光谱仪,包括即将问世的詹姆斯·韦伯太空望远镜(詹姆斯韦伯太空望远镜),可以识别其中一些行星大气的化学组成。他们可以找到氧气、二氧化碳或甲烷等气体可以要有生命的暗示。

这很令人兴奋,但这种化学分析也可以揭示这些行星的其他东西。它可以找到海洋存在的证据,当然,这也对宜居性有很大的影响。

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对液态水来说太热了还是刚刚好?

至少在某些情况下,这些望远镜可以帮助确定这些行星表面是否有液态水。更具体地说,通过分析大气中的化学物质,科学家可以估计火星表面的温度是否对液态水来说太热了。

那么,哪些化学物质可能表明云层下有海洋呢?一项发现是大气中有二氧化碳和氮,其中氮分子由两个氮原子组成。为什么这很重要?这将是这颗行星的大气层更冷更稀薄的证据。更像地球这样的类地行星。它将表明热化学平衡(化学平衡)在那个星球上还没有发生过。

在热化学平衡中,大气的化学性质发生了变化。当行星的大气层主要由,这在海王星以下的行星中很常见。在这些情况下,碳和氮以甲烷和氨的形式存在,大气明显更厚。

在这种情况下,厚厚的大气层,就像我们太阳系中气体和冰巨星上的大气层一样,会捕获热量。当温度达到1430华氏度(770摄氏度)时,就会出现热化学平衡,这个温度太高,不支持液态水的海洋。

戴着眼镜,穿着西装的微笑男人,朴素的背景。
这项关于系外行星海洋的新研究是由美国宇航局喷气推进实验室的胡仁宇领导的。图像通过姓名

失踪的氨

另一个可能存在海洋的关键指标是有东西存在失踪在大气中:.因为氨高度溶于水,所以在海洋行星上几乎不存在氨。因此,拥有巨大海洋的行星的大气中应该几乎没有氨。的pH值然而,如果有的话,海洋的酸度也会影响氨的含量。

此外,海洋世界中的二氧化碳应该比一氧化碳多。如果两者都缺乏氨如果一颗行星的大气层中有过量的二氧化碳,这将是海洋世界存在的有力证据。作为Renyu胡领导这项新研究的NASA喷气推进实验室(JPL)的主任,所述

如果我们看到热化学平衡的特征,我们就会得出结论,这颗行星太热了,不适合居住。反之亦然,如果我们没有看到热化学平衡的特征,但也看到了溶解在液态水海洋中的气体的特征,我们就会把这些看作是可居住的强烈迹象。

他继续说:

我们没有直接的观测证据来告诉我们亚海王星的共同物理特征是什么。其中许多行星可能有大量的氢大气层,但也有相当一部分可能仍然是“海洋行星”。我希望这篇论文将在不久的将来激发更多的观察来找出答案。

在有着巨大太阳的巨大行星上隐藏着外星海洋。
艺术家的概念,海王星下的行星,与全球海洋。图片来自阿曼达·史密斯剑桥大学

未来的观测

NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST),由于发射12月18日,将有一台光谱仪,能够分析其中一些星球的大气。如文件所述:

这些气体导致这颗行星的透射光谱具有独特的特征,通过詹姆斯·韦伯太空望远镜进行适度的重复凌日观测,应该可以区分出类似行星上的小大气层和大大气层K2-18 b.因此,该方法提供了一种利用近期设施来限制温带海王星下系外行星的大气质量和可居住性的方法。

换句话说,JWST将能够在大气中识别出支持海洋的行星的迹象。看到JWST在未来几个月和几年里的发现将是令人兴奋的!

结论:美国宇航局的科学家们说,要在遥远的系外行星上发现隐藏的外星海洋,需要使用化学方法。海洋世界的大气成分将与没有海洋的行星明显不同,包括缺乏氨。

资料来源:通过溶解度平衡与气体热化学的过境特征揭示温带亚海王星上覆盖着的海洋预印

通过喷气推进实验室

发布
2021年的11月5日
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