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一些怪物行星吃掉了自己的天空–解决了亚海王星系外行星的难题

时间：2022-03-26 12:25:07 来源：

艺术家对系外行星的印象小于海王星。一项新的研究提出了这样的行星为何很少比海王星长的原因：行星的岩浆海洋开始吞噬天空。

多年来，据我们所知，我们的太阳系是宇宙中唯一的一个。然后，更好的望远镜开始揭示环绕远处恒星的行星的宝库。

2014年，美国国家航空航天局（NASA）的开普勒太空望远镜（Kepler Space Telescope）向科学家派出了700多个崭新的遥远行星的大杂烩，供他们研究，其中许多与我们先前所见不同。这些行星更小，而且大多是按质量岩石。

科学家注意到，其中许多行星的大小等于或大于地球，但在行星达到海王星大小之前，存在一个陡峭的截止。芝加哥大学行星科学家埃德温·凯特（Edwin Kite）说：“这是数据的悬崖边缘，而且非常引人注目。”“我们一直在困惑的是为什么行星将趋向于停止增长超过地球大小的三倍左右。”

风筝和他的同事们考虑的问题是，随着行星吸收更多的氢，海洋是否会开始“吞噬”天空。

在2019年12月17日发表于《天体物理学杂志快报》上的一篇论文中，华盛顿大学，斯坦福大学和宾夕法尼亚州立大学的Kite及其同事为这种下降提供了创新的解释：一旦行星到达地球大小的三倍，这些行星表面的岩浆海洋就很容易吸收它们的大气层。

研究其他世界的火星和气候的历史的风筝很适合研究这个问题。他认为答案可能取决于这种系外行星的研究很少的方面。人们认为，大多数略小于滴流尺寸的行星表面都具有岩浆海洋，就像曾经覆盖过地球的巨大熔岩海洋一样。但是它们并没有像我们那样固化，而是通过一层厚厚的富含氢的气氛使它们保持高温。

“到目前为止，几乎所有模型都忽略了这种岩浆，将其视为化学惰性的，但是液态岩石几乎像水一样流淌，并且具有很强的反应性，”地球物理科学系助理教授基特说。

风筝和他的同事们考虑的问题是，随着行星吸收更多的氢，海洋是否会开始“吞噬”天空。在这种情况下，随着行星获取更多的气体，它在大气中堆积，并且大气与岩浆相遇的底部的压力开始建立。起初，岩浆以稳定的速度吸收所添加的气体，但是随着压力的升高，氢开始更容易地溶解到岩浆中。

凯特说：“不仅如此，留在大气中的少量添加气体也会使大气压力升高，因此，以后到达的气体中会有更大一部分会溶解到岩浆中。”

因此，地球的增长在达到海王星大小之前就停滞了。（由于这些行星的大部分体积都在大气层中，因此缩小大气层会使行星缩小。）

作者称其为“烟气危机”，该术语衡量的是一种气体溶解到混合物中的可能性要比基于压力所预期的要高得多。

风筝说，该理论与现有的观察非常吻合。天文学家将来还会寻找几个标记。例如，如果理论是正确的，那么具有足够冷的岩浆海洋的行星应在表面上结晶，因为它们将阻止海洋吸收那么多的氢，因此它们应该显示出不同的轮廓。TESS和其他望远镜正在进行的和将来的调查应为天文学家提供更多可用于工作的数据。

凯特说：“我们的太阳系中不存在这些世界。”“尽管我们的工作为亚海王星系外行星造成的难题之一提供了解决方案，但它们仍有很多要教给我们的知识！”

参考：Edwin S. Kite，Bruce Fegley Jr.，Laura Schaefer和Eric B.Ford撰写的“逸散性危机解释的系外行星海王星过剩”，2019年12月17日，天体物理学杂志Letters.DOI：
10.3847 / 2041-8213 / ab59d9

资金：美国国家航空航天局（NSA），美国国家科学基金会（NSF），宾夕法尼亚州立大学，宾夕法尼亚州埃伯里科学学院，太空资助联盟


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