哈勃发现了可能处于第二大气层的地球大小的行星

地球大小的系外行星可能已经失去了原始大气，但通过火山活动获得了第二个。

一颗地球大小的岩石系外行星，被称为GJ 1132 b，绕着41光年外的一颗红矮星运转。在某些方面，GJ 1132b与地球具有相似之处，但在其他方面却大不相同。差异之一是其烟雾笼罩的朦胧气氛中含有氢，甲烷和氰化氢的有毒混合物。使用NASA哈勃太空望远镜的科学家发现了证据，这不是行星的原始大气层，并且第一个大气层是由附近GJ 1132 b母恒星发出的强烈气泡炸毁的。人们认为，所谓的“二次大气”是由于行星表面下方的熔岩不断渗入火山裂缝而形成的。从这些裂缝中渗出的气体似乎正在不断补充大气层，否则大气层也会被恒星剥离。这是我们太阳系以外的世界上首次发现次级大气。

这是艺术家对地球大小的岩石系外行星GJ 1132 b的印象，该行星位于一颗红矮星周围41光年远处。使用美国国家航空航天局（NASA）哈勃太空望远镜的科学家发现，有证据表明该行星可能失去了其原始大气，但却获得了第二颗含有氢，甲烷和氰化氢有毒混合物的行星。哈勃发现了这些气体的“指纹”，因为母星的光通过系外行星的大气层过滤了。该行星距离太远且太暗而无法被哈勃拍摄。这说明了天文学家认为在这个遥远的世界正在发生什么。在这片雾朦胧的星球之下，可能只有几百英尺厚的薄壳。地表以下的熔岩不断地渗入火山裂缝。透过这些裂缝的气体似乎正在不断补充大气层，否则大气层会被来自行星附近恒星的强烈辐射所剥夺。系统中另一个行星的引力可能会使GJ 1132b的表面破裂，像破裂的蛋壳。这是我们太阳系以外的行星上首次发现所谓的“二次大气”。

GJ 1132b从像海王星这样的气态行星变成了充满毒气的炽热多岩石的世界，这表明行星可能经历剧烈的物理变化。

使用美国宇航局哈勃太空望远镜的科学家发现了证据，证明一颗绕远星运行的行星可能已经失去了大气层，但通过火山活动获得了第二颗行星。

据推测，GJ 1132 b行星是从气态世界开始的，大气中有厚厚的氢层。这种所谓的“亚海王星”始于地球直径的数倍，由于它绕轨道运行的炽热年轻恒星的强烈辐射而迅速失去了原始的氢和氦气氛。在很短的时间内，这样的行星将被剥落成与地球大小差不多的裸核。那是事情变得有趣的时候。

令天文学家惊讶的是，哈勃发现了一种大气，根据他们的理论，这种大气是现在存在的“次级大气”。基于直接观察证据和通过计算机建模推论得出的结论，研究小组报告说，大气层由分子氢，氰化氢，甲烷组成，并且还包含气溶胶雾霾。模拟表明，气雾霾是基于光化学产生的碳氢化合物，类似于地球上的烟雾。

科学家将GJ 1132b中当前的大气氢解释为来自原始大气的氢，该氢被吸收到行星的熔融岩浆地幔中，并且现在正通过火山过程缓慢释放以形成新的大气。我们认为，今天我们看到的大气层会不断补充，以平衡逸出到太空中的氢气。

该研究的合著者，南加州宇航局喷气推进实验室（JPL）的Raissa Estrela说：“这非常令人兴奋，因为我们相信现在看到的气氛已经再生，因此它可能是次要气氛。”“我们首先认为这些高度辐射的行星可能会很无聊，因为我们认为它们失去了大气层。但是我们用哈勃望远镜观察了这个行星的现有观测结果，并说：“哦，不，那里有大气。”

岩石系外行星GJ 1132b的大小和密度与地球相似，拥有由火山气体组成的朦胧大气。科学家说，GJ 1132 b绕着约41光年远的一颗红矮星运行，它与我们太阳系的世界具有某些共同点，并且存在巨大差异。它的朦胧外观可能与土星最大的卫星土卫六相比，土卫六是土星最大的卫星，这是唯一一个大气层充足的太阳系卫星，尽管土卫六要冷得多。我们自己的地球可能在其历史的早期就有过如此朦胧的外观，尽管与地球不同，新行星太热而无法居住。GJ 1132b可能具有“次级大气层”，这是其恒星的第一个氢氦大气层被其恒星的辐射剥离后，由火山活动产生的。

这些发现可能对其他系外行星有影响，这些系外行星是我们太阳系以外的行星。

“有多少个地球行星不是从地球开始的？有些可能从亚海王星开始，然后通过光蒸发原始大气的机制变成陆地。JPL的主要作者马克·斯温（Mark Swain）说：“然后恒星冷却下来，行星就坐在那儿。因此，有了这种机制，您可以在头一亿年的时间里消除大气中的热量，然后一切都安定下来。而且，如果您可以使气氛再生，那么也许可以保留它。”

该图显示了地球大小的岩石系外行星GJ 1132 b的大气光谱。橙色线代表模型光谱。相比之下，观察到的光谱显示为代表平均数据点的蓝点及其误差线。该分析与GJ 1132b主要是氢气气氛中甲烷和氰化氢的混合物相一致。该行星还具有引起光散射的气溶胶。这是在我们的太阳系以外的世界上首次发现所谓的“次级大气层”，它是在行星失去原始大气层后补充的。

GJ 1132 b在某些方面距地球约41光年，具有与地球相似的诱人之处，但在某些方面却大不相同。两者具有相似的密度，相似的大小和相似的年龄，大约有45亿年的历史。两者都始于氢气主导的气氛，并且在冷却之前都是热的。研究小组的工作甚至表明，GJ 1132 b和地球表面的气压相似。

但是这些行星的形成历史有着截然不同的历史。地球不被认为是亚海王星的幸存核心。地球绕着太阳公转的距离很近。GJ 1132 b非常靠近其红矮星，以至于它每天半绕其主恒星绕一次轨道。这种极为接近的距离使GJ 1132 b始终保持潮汐锁定状态，始终向其恒星显示相同的面孔，就像我们的月亮使一个半球永久地面向地球一样。

“问题是，如何使地幔保持足够的高温以保持液态和强力火山作用？”斯温问。“这个系统很特别，因为它有大量潮汐加热的机会。”

潮汐加热是一种由于摩擦而发生的现象，当来自行星轨道和旋转的能量作为热量散布在行星内部时，就会发生。GJ 1132b处于椭圆轨道，当它最接近或远离其主恒星时，作用在其上的潮汐力最大。宿主恒星系统中至少还有一颗行星在引力作用下拉动了该行星。

结果是通过重力“抽吸”挤压或拉伸了行星。潮汐加热使地幔长时间保持液态。木星的卫星Io是我们太阳系附近的一个例子，由于木星和附近的木星卫星发生了一场拔河，该卫星具有连续的火山活动。

鉴于GJ 1132 b的内部温度很高，研究小组认为，行星上较冷的上覆地壳非常薄，也许只有数百英尺厚。这太微弱了，无法支持任何类似火山山脉的活动。由于潮汐弯曲，其平坦的地形也可能像蛋壳一样破裂。氢和其他气体可能会通过这种裂缝释放出来。

美国宇航局即将推出的詹姆斯·韦伯太空望远镜具有观测这颗系外行星的能力。韦伯的红外视野可能使科学家能够向下观察到地球表面。斯温解释说：“如果有岩浆池或火山爆发，这些地区将会更热。”“这将产生更多的排放物，因此他们将潜在地关注实际的地质活动，这令人兴奋！”

研究小组的发现将发表在即将出版的《天文杂志》上。

参考：Mark R. Swain，Raissa Estrela，Gael M. Roudier，Christophe Sotin，Paul Rimmer，Adriana Valio，Robert West，Kyle Pearson，Noah Huber-Feely和Robert T. Zellem的“在岩石系外行星上的大气探测”，被接受天文杂志。arXiv：
2103.05657