科学家发现许多系外行星可能拥有富含水的大气层

导读：大气层使地球表面的生命成为可能，调节我们的气候，并保护我们免受破坏性宇宙射线的伤害。

大气层使地球表面的生命成为可能，调节我们的气候，并保护我们免受破坏性宇宙射线的伤害。虽然望远镜已经统计出越来越多的岩石行星，但科学家们曾认为它们的大部分大气层早已消失。然而，芝加哥大学和斯坦福大学研究人员的一项新研究提出了一种机制，即这些行星不仅可以发展出充满水蒸气的大气层，而且还能长时间保持它们。

这项研究于3月15日发表在《天体物理学杂志》上，拓展了我们对行星形成的认识，并有助于指导在其他恒星系统中寻找宜居世界。

“我们的模型是说，这些热的岩石系外行星应该在某个阶段拥有以水为主的大气层，对于一些行星来说，这可能是相当长的时间，”专注于研究行星大气层如何随时间演变的专家副教授Edwin Kite说。

随着望远镜记录了越来越多的系外行星，科学家们正试图找出它们可能的样子。一般来说，望远镜可以告诉人们一颗系外行星的物理大小，它与恒星的接近程度，或者还可能知道它的质量有多大。要想更进一步, 科学家必须根据我们对地球和太阳系中其他行星的了解来推断。但最丰富的行星似乎与我们周围的行星并不相似。

“我们从开普勒任务中已经知道的是，比海王星小一点的行星真的很丰富，这是一个惊喜，因为我们的太阳系中没有，”Kite说。“我们不知道它们是由什么组成的，但有强有力的证据表明它们是披着氢大气层的岩浆球。”

还有数量较少的岩石行星也是类似的，但没有氢大气层。所以科学家推测，许多行星可能一开始就像那些大行星一样，它们的大气层是由氢气构成的，但当附近的恒星点燃并吹走氢气时，它们就会失去大气层。

但这些模型中还有很多细节有待填补。斯坦福大学的Kite和合著者Laura Schaefer开始探索一些行星被熔岩海洋覆盖的潜在后果。“液态岩浆其实是很流质的，”Kite说，所以它也会像地球上的海洋一样剧烈翻转。这些岩浆海洋很有可能从大气中吸取氢气，并发生反应形成水。有些水逃到了大气层中， 但更多的水被吸进了岩浆。

当附近的恒星将氢气大气层剥离后，水以水蒸气的形式被拉出大气层。最终，行星只剩下以水为主的大气层。Kite说，这个阶段可能会在一些行星上持续数十亿年。

有几种方法可以测试这一假说。詹姆斯-韦伯太空望远镜是哈勃望远镜的强大“接班人”，计划在今年晚些时候发射；它将能够对系外行星的大气层组成进行测量。如果它能探测到大气层中含有水的行星，这将是一个信号。

另一种检测方式是寻找大气层的间接迹象。这些行星大多是潮汐锁定的；与地球不同，它们在围绕太阳运动时不会自转，所以一边总是热的，另一边是冷的。

一对芝加哥大学的校友提出了一种利用这种现象来检查大气层的方法。科学家Laura Kreidberg博士和Daniel Koll博士--现在分别在马克斯-普朗克天文学研究所和麻省理工学院工作--指出，大气层会为行星缓和温度，所以白天的一侧和夜晚的一侧不会有剧烈的差异。如果望远镜能够测量白天侧的发光强度，应该能够判断是否有大气层重新分配热量。