地球古早版本—— 充滿岩漿和超音速風的熔岩地獄_風聞

　　地球古早版本

　　—— 充滿岩漿和超音速風的熔岩地獄

　　原作：Matthew Cimone

　　編譯：張雨荷

　　校譯：艾宇熙

　　審閲：牧夫天文校對組

　　編排：王璞

　　後台：庫特莉亞芙卡 李子琦 徐⑨坤

　　原文鏈接：

　　https://www.universetoday.com/148804/there-are-planets-so-close-to-their-stars-that-they-have-magma-oceans-100km-deep-and-winds-that-go-8000-km-h/

　　距離我們200光年之外，存在着一顆被譽為“超級地球”的系外行星——K2-141b。因為它的運行軌道過於靠近恆星，它的公轉週期只有7個小時。K2-141b的軌道距離恆星熾熱的表面僅有一百萬公里。相較而言，地球距離太陽1.5億公里。即使是離太陽最近的水星，距離也絕不會小於4700萬公里。

　　如果你站在K2-141b的表面仰望，你會看見一顆佔據了五十度天空的橙色恆星，它比我們在地球上看到的太陽直徑大一百倍。這是一個巨大，明亮而熾熱的球體，它的光芒照耀着整個行星的三分之二，不像地球只是白晝的那一半被照亮。當然，你所站的也不會是什麼表面，而是一片液態熱岩漿的海洋。

　　近距離靠近恆星運行的系外行星概念圖。

　　圖源：歐南台

　　熔岩行星

　　我們已經在銀河系中發現了一些“熔岩行星”或者説“岩漿世界”。這些行星離恆星如此之近，以至於它們的表面真的被熔化成了永恆的熔岩海洋。在恆星高強度的輻射下，部分表面被汽化並被超音速風吹到行星周圍，形成了一個實際上是汽化岩石的大氣層。而整個行星的“海洋”和“大氣層”不過是岩石和礦物的氣態、液態和固態的不同形式。沒有水，沒有空氣，當然也沒有生命，整個行星都只是一個“活”岩石。

　　而在所有這些被觀測到的“熔岩行星”中，於2018年發現的K2-141b是很理想的研究對象。它不僅是已知的岩石系外行星中軌道最接近恆星且週期最短的一個，同時觀測數據擁有很好的信噪比，能夠為科學家提供最優質的觀測結果。加拿大約克大學博士生Giang Nguyen與來自約克大學、加拿大麥吉爾大學和印度科學教育學院的研究團隊一起，利用計算機模擬出了這顆行星可能存在的情形。

　　超音速大氣

　　在陽光的照射下，K2-141b的表面温度能達到3000攝氏度，高温蒸發的礦物質形成了緊貼行星的薄層大氣。根據地球巖殼中常見的礦物質和元素——鈉、氧化硅和二氧化硅，研究小組模擬了三種可能的成分，分別是純鈉、純氧化硅、純二氧化硅組成的大氣。三種模型得到的大氣層厚度都比地球的薄。在這三種大氣模型中，純鈉構成的大氣最厚，壓力為13.9千帕（地球海平面的大氣壓是103.325千帕）, 純二氧化硅組成的大氣最薄，只有240帕。而在所有的大氣預測中，由於接近恆星而產生的風速都快得驚人，像是一個超音速的漩渦。鈉大氣層的風速為2.3公里/秒，時速超過8000公里。

　　這些風吹向行星的遠方——永遠處於黑暗之中的一側。由於離母星如此之近，K2-141b被潮汐鎖定——行星總是同一側面對着它的恆星，而另一側面對着外太空的黑暗。相比之下，行星的暗面是寒冷的-200攝氏度。當礦物質接近白天和黑夜的邊界時，它們會冷卻並通過“下雨”或“下雪”到達行星的岩漿海洋中，而在那裏它們又流回到陽光直射的地方。這意味着行星的大氣層主要被限制在了行星的亮面。

　　岩漿的海洋

　　類似於地球上的水循環，行星上的岩漿熱巖也有像海水蒸發，降雨到陸地上，再流回海洋一樣的循環系統。鈉作為預測的大氣層中最易揮發的物質，會被帶到行星遠端的暗面，這意味着它可能會經過被限定在行星亮面的岩漿海洋的岸邊並最終落到固體岩石上。之後這些鈉會在像冰川一樣的固體板塊表面上移動，最終回到岩漿海洋。

　　研究小組利用行星的重力、熱量和密度能夠預測出岩漿海洋的最大深度。由於K2-141b的質量是地球的5倍，重力是地球的兩倍，這顆行星可以產生超過100公里深的岩漿海洋，而地球海洋的最深區域只有11公里。模型預測在某些情況下，礦物質迴流到亮面的速度可能太慢，從而導致行星一側的質量比另一側多。行星的質量不平衡會導致其自轉軸的角度發生改變。

　　未來的超視距觀測

　　目前，望遠鏡還不具備看清系外行星大氣層的分辨力，但下一代望遠鏡如詹姆斯-韋伯太空望遠鏡將具備這種能力。然而問題依然存在，K2-141b的大氣層主要匯聚在行星不便於觀測的一邊。因為大部分的大氣層在到達暗面之前就冷卻“下雨”，有可能無法從我們的有利位置進行觀測。當行星終於要在“一年”內轉過身呈現亮面時，它卻公轉到了恆星的後面。研究小組在考慮了軌道視角和透光量後確定，望遠鏡應該最多能夠在它剛出現或即將消失在恆星後時看到行星亮面的26度。進而望遠鏡可以觀測到超音速大氣層所在的區域，這不僅可以確認大氣層的構成，還可以確認之前預測的風速。

　　地球的冥古宙時期概念圖，這是地球最早形成時的地質年代。在這段時間裏，地球也有岩漿海洋和強烈的火山活動

　　圖源：Wikimedia Tim Bertelink CC BY-SA 4.0.

　　熔岩地球

　　眺望其他的“熔岩行星”不僅能夠幫助我們瞭解更廣闊的宇宙，也能讓我們更好的認識賴以生存的地球。對於K2-141b的研究讓我們瞭解到，地球在過去至少曾經存在過兩次的熔融期。

　　第一個熔融期是在地球剛從太陽系中孕育出來之時，周圍包裹着孕育地球的炙熱物質。第二個熔融期是在地球被一個火星大小的天體大規模撞擊之後。月球就是在這次撞擊中產生，並且這次撞擊真正的熔化了整個地球。所以無論是火星、金星還是K2-141b，這些都是對地球過去的一瞥，並讓我們瞭解未來可能會在哪裏找到一個與現在的地球相似的行星。

『天文時刻』 牧夫出品

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