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星辰深处，是否也有大海
【图解】地球旁边，是一个有着平坦的大气的更大的行星——亚海王星的示例模型。亚海王星是比海王星小但比地球大的行星。它们通常是地球直径的1。73。5倍。美国宇航局一项新的研究表明，天文学家可以通过分析大气的化学成分来探测一些这类星球上的海洋。（来源：NASA/ JPL-Caltech，图源：EarthSky） 译者注：来源为文章标明图片作者，或作品发布方；图源表示获取的网站、平台；不确定填哪一个
我们所居住的地球是太阳系中唯一表面存在液态水的星球，在太阳系中，地球上的海洋是独一无二的。但是科学家们认为，在银河系的其他地方，可能还存在着其他的海洋世界。2021年10月下旬，美国宇航局发布了一项新的研究，科学家可以通过使用化学方法在遥远的系外行星上找到隐藏的海洋。该研究表明，表面覆盖着海洋的星球与不存在海洋的星球相比，其大气的化学成分存在着显著的差异。 新的同行评议论文在10月28日发表于《The Astrophysical Journal Letters》（ApJL，2020年影响因子7。413），它同样可以作为一个预印本，在arXiv网站上获得。 译者注：主要是因为主流学术期刊发表周期太长。为了加快学术流通而创建的一个平台，方便学者们的沟通交流，arXiv主要是作为一个论文未发表之前的一个交流平台而存在的，并不属于一个正式的发表渠道。
潜藏的外域海洋 这项新的研究表明，天文学家可以通过分析系外行星的大气化学成分来探测海洋。一般来着，这个方法可能适用于类地行星、超级地球或是亚海王星（半径小于海王星但大于地球的行星）。本文重点关注直径为地球直径1。7-3。5倍的行星。带有光谱仪的望远镜可以识别出一些行星大气的化学成分，其中包括即将推出的詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）。它们可以分辨行星大气中的氧气、二氧化碳或是甲烷等气体成分，这些气体的存在代表着那里可能存在着生命。 这很让人激动，但这样的化学分析也可以揭示这些行星的其他信息，它可能会引导天文学家找到海洋，也对其生物宜居性存在影响。
【图解】当我们描述不同类型的系外行星，我们常常会用“热类木星”、“暖海王星”、“超级地球”等词是什么意思呢？在研究系外行星时，参考我们自己的太阳系中熟悉的行星会对研究有所帮助，因此会使用这样的定义方式。（来源：NASA，图源：Youtube） 过热还是过冷？ 至少在某些情况下，太空望远镜可以协助确定这些系外行星表面是否存在液态水。更具体地说，通过分析大气中的化学物质，科学家可以估测系外行星的表面温度，进而分析这对于液态水而言是否温度过高 那么哪些化学物质可能预示着云层之下可能存在着海洋呢？一项发现是大气中的二氧化碳和氮气，其中氮气分子由两个氮原子构成。它们的存在将证明这颗行星的大气层更冷且更薄，即更像地球等类地行星上的大气层。这将表明这颗系外行星上尚未发生热化学平衡（化学平衡）。
在热化学平衡中，大气的化学性质发生了变化。这种情况在亚海王星较为常见，这时那些行星的大气层主要由氢气构成，此时碳和氮以甲烷和氨气的形式存在，大气层明显更厚。 在这种情况下，和我们太阳系种气体巨星和冰巨星上的大气层一样，浓厚的大气会捕获热量。当温度达到1430华氏度（770摄氏度）时，会发生热化学平衡。这太热了，液态水海洋无法在这种星球存在。
【图解】这项关于系外行星海洋的研究由美国宇航局喷气推进实验室胡伦宇（Renyu Hu）领导。（来源：JPL-Caltech，图源：researchgate） 氨气含量差异 可能存在海洋的另一个关键指标时大气中缺少某一种物质：氨气。由于氨气极易溶于水，因此在有海洋的星球的大气中，氨气几乎不存在。同时，海洋的pH（酸碱性）水平也会影响氨气的含量（如果存在的话）。 此外，海洋星球大气中的二氧化碳含量应比一氧化碳多。如果一颗星球的大气中既缺少氨气又有过量的二氧化碳，这将是这个星球存在海洋的有力证据。正如领导这项研究的美国宇航局喷气推进实验室（JPL）的胡伦宇（Renyu Hu）所说： “如果我们观察到热化学平衡的特征，我们会得到结论，这颗行星太热而不可居住。反之，如果在一颗系外行星上没有观察到热化学平衡的特征，也没有观测到有气体溶解于液体海洋中的大气特征，那么我们将认为它有极高的可能性是宜居的。
“我们还没有直接的观测证据来表明亚海王星的共同物理特征是什么。其中的许多可能有大量的氢气大气层，但仍有不少可能是“海洋行星”。我希望在不久的将来，这篇文章能激发更多的观测，进而得到问题的答案。“
【图解】亚海王星类型行星的艺术概念，全球覆盖着海洋。（来源：Amanda Smith/ University of Cambridge，图源：EarthSky） 未来展望 NASA的詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）将于12月18日发射，它将配备一个能够分析一些星球大气的光谱仪。如文章所述： “这些气体在行星的透射光谱中产生了独特的特征，使用詹姆斯韦伯太空望远镜进行适度数量的重复凌日观测应该可以区分星球上的小型大气层与K2-18 b等行星上的巨大大气层。因此，这种方法提供了一种使用最新设备测定亚海王星型系外行星的大气质量和宜居性的方法。“ 换句话说，使用化学方法，JWST能够识别大气中可能证明系外行星存在海洋的迹象。看看JWST在未来几个月或是几年中会发现什么，这将会是十分振奋人心的。
一句话总结：美国宇航局的科学家研究发现，使用化学方法，能在遥远的系外行星上找到隐藏的海洋。存在海洋的星球与没有海洋的星球的大气成分截然不同，其中包括氨气的匮乏。 （注：使用光谱成像仪探测气体成分的方法探测气体成分，并以气体成分含量与存在海洋的相关关系得到存在海洋的可能性，除了热化学平衡相关内容，其他内容和化学学科的相关性感觉真的不高啊……） BY: Paul Scott Anderson FY: Aphelion 如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除 转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处 选文：天文志愿文章组- 翻译：天文志愿文章组- Aphelion 审核：天文志愿文章组- 终审：天文志愿文章组-零度星系 排版：天文志愿文章组-零度星系 美观：天文志愿文章组- 参考资料 1.WJ百科全书 2.天文学名词 3.原文来自：https:///space/hidden-alien-oceans-sub-neptunes-exoplanets-chemistry/ http://dx./10.3847/2041-8213/ac1f92 本文由天文志愿文章组- Aphelion翻译自文章作者Paul Scott Anderson的作品,如有相关内容侵权,请在作品发布后联系作者删除. 注意：所有信息数据庞大,难免出现错误,还请各位读者海涵以及欢迎斧正. 结束,感谢您的阅读与关注 全文排版：天文在线(零度星系) 转载请取得授权,并注意保持完整性和注明出处 浩瀚宇宙无限宽广 穹苍之美尽收眼底 |
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