没有分类的行星
天文学家花费数十年建立了行星分类系统——岩石质地球、气态巨星、冰态巨星、热木星——但宇宙不断产生拒绝被整齐地放入任何盒子的天体。詹姆斯·韦伯太空望远镜现在已经返回了对L 98-59 d的观测数据，这颗邻近的系外行星似乎代表了一个真正全新的世界类别：一个主要由其内部深处极端压力和温度下硫元素的表现定义的行星。
国际天文学家团队发表的一项新研究中，研究结果描述了一颗行星，其大气中含有异常高浓度的含硫分子，其密度低于其大小和成分所预期的密度，其内部结构似乎包含一个巨大的岩浆海洋，通过前所未有的规模的火山过程主动捕获和循环硫化合物。
目标：L 98-59 d
L 98-59 d是围绕L 98-59运行的三颗行星之一，L 98-59是一颗位于距地球约35光年的红矮星。自NASA的TESS任务发现该系统以来，它一直备受关注，因为这些行星为小型岩石世界的大气特征化提供了一些最佳机会。L 98-59 d的半径大约是地球的1.5倍，质量是地球的两倍，它位于小型岩石行星和更大的海洋世界或亚海王星之间的边界区域。
它与宿主星的接近意味着它接收到强烈的辐射并且每隔几天就绕行一周。这些条件使其大气炎热且动态，非常适合JWST近红外分光仪的光谱观测。
JWST发现了什么
望远镜的大气观测发现了二氧化硫和其他含硫化合物的特征，其浓度超过了天文学家根据在地球或金星上校准的标准火山出气模型所预期的任何值。更令人惊讶的是，该行星的整体密度低于其大小和成分在仅由岩石和铁组成的情况下所预测的密度。
研究小组的解释基于高压化学原理：L 98-59 d可能拥有一个深层岩浆海洋——一个广阔的熔融硅酸盐岩石层延伸到其内部数千公里。在这些深度发现的巨大压力下，硫的表现与其在地表条件下的表现不同。大部分硫不是自由地释放到大气中，而是融入熔融岩石本身，在岩浆海洋中保持溶解状态，相对于完全固化的岩石体来说降低了行星的整体密度。
行星规模的火山化学
从JWST可观测的大气化学代表了从岩浆海洋逃逸到气态的硫的部分。这个比例仍然足够大以产生独特的光谱特征，但它可能只代表该行星所含总硫库存的一小部分。研究人员估计，岩浆海洋可能含有的硫浓度比地球内部高几个数量级，由来自恒星的潮汐力产生的剧烈热量和重元素的放射性衰变维持。
这种硫循环在我们的太阳系中没有直接类似物。地球有硫循环，但它通过板块构造、生物过程和适度火山活动运行。L 98-59 d的观测所暗示的硫处理规模代表了完全不同量级的地球化学活动。
对行星科学的影响
将L 98-59 d确定为潜在的硫世界具有多个重要意义。首先，它表明岩浆海洋行星可能比以前认识的要普遍得多，并且它们产生的化学特征在数十光年的距离上可被JWST探测到。其次，它挑战了现有的分类方案，这些方案按大小或成分对行星进行分组，而不考虑挥发性化学——包括硫——在确定可观测属性中可能起到的主导作用。
第三，它提出了关于宜居性边界的问题。地球上富含硫的环境支持极端嗜好生物。L 98-59 d上的硫化学是否能够允许生物存在是高度推测性的，但这一发现扩展了天体生物学家必须考虑的化学参数空间。
JWST不断增长的系外行星档案
L 98-59 d的结果增加了JWST不断增长的令人惊讶的系外行星大气观测目录。自开始科学运作以来，该望远镜在各种行星类型的系外行星大气中检测到了二氧化碳、甲烷和水蒸气，系统地为比较行星学的新科学建立了经验基础。每项发现都完善了对存在什么样的世界、不同化学制度有多普遍以及未来任务可能需要检测太阳系外生命的什么特征的理解。
本文基于Science Daily的报道。阅读原文。
Originally published on sciencedaily.com