一颗地球大小的系外行星可能已经失去原始大气,但火山活动补充失去的气体

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一颗编号GJ 1132b,地球大小的岩石系外行星,环绕着41光年外的一颗红矮星旋转。

一颗编号GJ 1132b,地球大小的岩石系外行星,环绕着41光年外的一颗红矮星旋转。 在某些方面,GJ 1132b与地球具有相似之处,但在其它方面却大不相同。 差异之一是它的烟雾笼罩的大气层中含有氢,甲烷和氰化氢的有毒混合物。 使用美国航天局哈勃太空望远镜的科学家发现证据,证明这不是行星的原始大气,并且第一颗行星是由GJ 1132b附近的母星发出强烈辐射炸毁。 天文学家认为,它的再生大气层是由于行星地下熔岩不断渗入火山裂缝而形成。 从这些裂缝中渗出的气体,似乎正在不断补充大气层,否则整大气层会被恒星剥离。

根据推测,GJ 1132 b行星原本是气态行星,大气中有厚厚的氢层。 是属于亚海王星类型,它开始时直径是地球的数倍,由于它环绕轨道旋转的炽热年轻恒星射出强烈辐射,因而迅速失去原始的氢和氦气。 在很短的时间内,这样的行星剥落成与地球大小差不多的核心。

使天文学家惊讶的是,哈勃太空望远镜观测到它仍然拥有大气层,根据他们的推论,这种大气是现在存在的次级大气。 基于直接观测证据和通过电脑模拟得出的结论,大气层由分子氢,氰化氢,甲烷组成,并且还含有气溶胶雾霾。 模拟显示,雾霾是基于光化学产生的碳氢化合物,类似于地球上的烟雾。

天文学家将GJ 1132b中当前的大气氢解释为来自原始大气的氢气,氢气吸收到行星从地幔喷出的熔岩浆,在火山爆发过程缓慢释放,形成新的大气。 今天我们看到的大气层不断补充,以平衡逸出到太空中的氢气。

GJ 1132 b距地球约41光年,具有与地球相似的地方,两者俱有相似的密度,相似的大小和相似的年龄,大约有45亿年的历史。 两者开始时都是由氢气主导的大气,并且在冷却之前都是热的。 研究小组发现,GJ 1132b和地球表面的气压也相似。

但是这些行星的形成有着截然不同的历史。 地球不是亚海王星的幸存核心。 地球绕着太阳公转的距离很近。 GJ 1132 b却异常靠近红矮星,以至于它每1.5天公转一次。 这种极为接近的距离使GJ 1132 b处于潮汐锁定状态,它其中一面永远面向恒星,就像我们的月亮有一面永久面向地球一样。

潮汐加热是一种由于摩擦而发生的现象,当来自行星轨道和旋转能量作为热量散布在行星内部时,就会发生。 GJ 1132b在椭圆轨道上,当它最接近或远离其主恒星时,作用在它的潮汐力最大。 宿主恒星系统中至少另外一颗行星也在重力作用下拉动了这颗行星。

结果是通过重力挤压或拉伸了这颗行星,潮汐加热使地幔长时间保持液态。 木星的木卫一(Io)是我们太阳系附近的一个例子,由于木星和邻近的木星卫星发生重力拉伸,木卫一因此具有连续的火山活动。

鉴于GJ 1132 b的内部温度很高,研究小组认为,行星的较冷的地壳非常薄,也许只有数百米厚,无法支持任何类似火山山脉的活动。 由于潮汐弯曲,它平坦的地形也可能像蛋壳一样破裂。 氢和其它气体可能会通过这种裂缝释放出来。

【图、文:节译自美国国家航空航天局2021年3月11日新闻公布】

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