新研究揭示熔岩行星的演化奥秘

熔岩行星是类地或超级类地大小的系外行星，它们距离其母恒星极近，以至于向日面温度高到足以熔化硅酸盐岩石。
熔岩行星的轨道极为靠近母恒星，其轨道周期不到一个地球日。与地球的月球类似，它们被认为处于潮汐锁定状态，始终以同一面朝向恒星。其向日面表面温度极高，硅酸盐岩石不仅会熔化，甚至会汽化，形成了太阳系内不存在的特殊条件。
这些奇异的行星，因其极短的轨道周期而易于观测，为研究塑造行星演化的基本过程提供了独特视角。约克大学研究员查尔斯 – 爱德华·布卡雷博士表示：“熔岩行星的轨道构型极为极端，我们对太阳系内岩石行星的认知无法直接套用，这让科学家在观测熔岩行星时不确定会有什么发现。”
“我们的模拟提出了一个概念框架，用于解释它们的演化，并提供了探索其内部动力学和随时间化学变化的情景。” “这些过程虽然在熔岩行星中被极大地放大，但本质上与塑造太阳系内岩石行星的过程相同。”
当岩石熔化或汽化时，镁、铁、硅、氧、钠和钾等元素在气相、液相和固相中会有不同的分配。熔岩行星独特的轨道构型使得气 – 液和固 – 液平衡能维持数十亿年，推动长期的化学演化。
通过前所未有的数值模拟，研究人员预测了两种最终的演化状态：(i) 完全熔融的内部（可能是年轻行星）：大气层反映了行星的整体成分，熔融内部的热传递使背日面表面保持高温和动态；(ii) 大部分为固态的内部（可能是较老的行星）：仅向日面留存浅熔岩海洋，大气层中钠、钾和铁等元素减少。
布卡雷博士说：“我们真心希望能用美国国家航空航天局/欧洲航天局/加拿大航天局的詹姆斯·韦布空间望远镜观测并区分年老和年轻的熔岩行星。” “如果能做到这一点，将标志着朝着超越系外行星传统快照式观测迈出重要一步。” 该研究今日发表于《自然·天文学》杂志。