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劃重點

01一項新研究發現，系外行星的大部分水通常不在其表面，而是深藏在其內部。

02研究人員通過分子動力學模型分析，發現在極端壓力和溫度下，可能有超過95%的水儲存在地核和地幔深處。

03由于地核的體積通常比地幔小，水可能主要儲存在質量小的行星（小于6個地球質量）的地幔中，而對于質量更大的行星，水會在極端壓力下與鐵滴一起進入地核。

04了解水的分布對于了解行星是如何形成和演化的至關重要，下沉到核心的水將永遠困在那里。

05未來，韋布空間望遠鏡將能夠追蹤系外行星大氣中的分子，直接探測到系外行星的高層大氣。

以上內容由騰訊混元大模型生成，僅供參考

在過去的30年里，天文學家已經在太陽系之外確認發現了超過5000顆的系外行星，它們有著不同的大小、質量和成分。天文學家推測，其中大多數已探測到的超級地球和亞海王星自形成以來，就擁有全球性的巖漿海洋。這些巖漿海洋是水等揮發物的重要儲存庫。因此，水也很可能存在于這些行星內部。

然而，目前大多數用于解釋系外行星的質量-半徑數據的內部模型，通常都假設所有的水都僅存在于巖質內部的表面。在一項新發表于《自然·天文》雜志的研究中，一組研究人員通過計算得出了顛覆之前想象的水世界概念的結論。他們發現，系外行星的大部分水通常不在其表面，而是深藏在其內部。

水和鐵的巖漿湯

我們知道，地球的最里層是一個鐵核，在鐵核的周圍是富含硅酸鹽的地幔，地球表面則被水覆蓋——大量的水存在于地表的河流、湖泊、海洋中。

長期以來，科學界一直使用地球這個簡單的行星模型來研究系外行星。直到最近幾年，科學家們才開始逐漸意識到，行星遠比想象的要復雜得多。

我們目前已知的大多數系外行星都離它們的宿主星很近。這意味著，它們主要是由熔融的巖漿海洋組成的熱世界。對于這類系外行星，地幔和地殼尚未完全形成和分化，因此水（具有較高的溶解度）可以很好地溶解在其巖漿海洋中，而不會像二氧化碳等物質那樣迅速地排出并上升到大氣中。那么，水在這些星球內部是如何分布的呢？

在大多數系外行星中，水的分布是由所謂的分配系數決定的。這一系數受到壓力、溫度和行星內部化學成分等因素的影響。在新的研究中，研究人員利用基于基本物理定律的分子動力學模型，分析了水在極端壓力和溫度下的行為。

他們的模擬結果顯示，可能有超過95%可以儲存在地核和地幔深處，而非地表。那么，這些水是如何到達行星的核心的？研究人員解釋說，對于一顆行星來說，鐵核的形成是需要時間的，大部分鐵最初以液滴的形式包含在熱的巖漿湯中。被隔絕在巖漿湯中的水與這些鐵的微滴結合，并隨它們下沉到核心。在這個過程中，鐵滴就像是被水向下輸送的升降機。

一般來說，行星核心的體積通常比地幔小，因此從體積上看，地核是一個比地幔更小的儲水庫。但是，鐵可以容納的水，可以是硅酸鹽的70倍之多。因此，對于質量小的行星（小于6個地球質量），水主要儲存在地幔中；而對于質量更大的行星，越多的水會在極端壓力下與鐵滴一起進入地核，而不是富含硅酸鹽的地幔中。

這樣的結果意味著，對于目前大多數已觀測到的系外行星的大部分水來說，都儲存在它們的地核深處。因此，系外行星上的水可能比我們之前認為的要豐富得多，只是全部隱藏了起來。

了解進化史

這一結果挑戰了認為水主要存在于地表的傳統觀念，對解讀天文觀測數據具有重大影響。利用空基和地基望遠鏡，天文學家可以在一定條件下測量系外行星的質量和大小，并利用這些計算結果來繪制質量半徑關系圖，從而得出有關行星組成的結論。然而，這種方式會忽略水的溶解度和分布，研究人員認為利用這種方式所估算的水的體積可能被嚴重低估多達十倍。

了解水的分布對于了解行星是如何形成和演化的至關重要。下沉到核心的水將永遠困在那里。然而，在地幔冷卻過程中，溶解在由巖漿海洋構成的地幔中的水會排除并上升到行星表面。因此，如果我們在一顆系外行星的大氣中發現了水，那么它的內部可能還有更多的水。

近年來，韋布空間望遠鏡（JWST）一直在從太空向地球發送數據。它能夠追蹤系外行星大氣中的分子，能夠直接探測到系外行星的高層大氣。研究人員表示，他們希望能夠利用這些數據建立從大氣層到天體內部深處的聯系。

參考

#圖片

封面圖&首圖：NASA/JPL-Caltech/R. Hurt

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