最近对熔岩世界(具有岩浆海洋的系外行星)的研究揭示了它们独特的结构和保留重要元素的潜力。未来的研究应该强调地表重力等地球参数，以便更好地了解这些神秘的行星。
研究揭示了岩浆海洋如何影响热系外行星的演化。
熔岩世界是巨大的系外行星，拥有波光粼粼的天空和被称为岩浆海洋的火山海洋，它们与我们太阳系中的行星截然不同。
迄今为止，在所有已发现的岩石系外行星中，有近50%的行星能够在其表面保持岩浆，这可能是因为这些行星离它们的宿主恒星非常近，它们在不到10天的时间内绕轨道运行。如此近的距离导致地球受到恶劣天气的轰炸，并迫使表面温度达到极端，使其几乎完全不适合我们今天所知道的生命。
熔融海洋的影响
现在，在一项新的研究中，科学家们已经证明，这些巨大的熔融海洋对观测到的热岩超级地球的性质有很大的影响，比如它们的大小和进化路径。
他们最近发表在《天体物理学杂志》上的研究发现，由于熔岩具有极强的可压缩性，岩浆海洋可以使没有大气层的富含熔岩的行星比同样大小的固体行星密度适中，并影响它们的地幔结构，地幔是围绕行星核心的厚内层。
Kiersten Boley说，尽管如此，由于这些天体的研究是出了名的不足，所以要描述熔岩行星的基本运作是一项艰巨的任务。她是这项研究的主要作者，也是俄亥俄州立大学天文学研究生。
发现与理解
“熔岩世界是非常奇怪，非常有趣的东西，由于我们探测系外行星的方式，我们更倾向于找到它们，”Boley说，他的研究围绕着了解使系外行星独特的基本成分以及如何调整这些元素，或者在熔岩世界的情况下，它们的温度，可以完全改变它们。
在这些神秘的燃烧世界中，最著名的是巨蟹座55 e，这是一颗距离地球约41光年的系外行星，科学家称它是波光粼粼的天空和翻滚的熔岩海的家园。
虽然在我们的太阳系中有一些物体，比如木星的卫星木卫一，它们的火山活动非常活跃，但在我们的宇宙范围内，并没有真正的熔岩行星，科学家们可以近距离研究。然而，研究岩浆海洋的组成如何影响其他行星的演化，比如它们保持熔融状态的时间，以及它们最终冷却的原因，可以为了解地球自身的火热历史提供线索，Boley说。
“当行星最初形成时，特别是岩石类地行星，它们在冷却过程中会经历岩浆海洋阶段，”Boley说。“所以熔岩世界可以让我们了解几乎任何类地行星的进化过程中可能发生的事情。”
学习技巧和发现
利用系外行星内部建模软件Exoplex和从以前的研究中收集的数据来构建一个包含几种岩浆成分信息的模块，研究人员模拟了一颗类地行星的几种进化情景，其表面温度在2600到3860华氏度之间——这是行星固体地幔转变为液体的熔点。
从他们创建的模型中，研究小组能够辨别出岩浆海洋行星的地幔可以有三种形式之一:第一种是整个地幔完全熔融，第二种是岩浆海洋位于表面，第三种是三明治式模型，由表面的岩浆海洋，中间的固体岩石层和最靠近行星核心的另一层熔融岩浆组成。
结果表明，第二种和第三种形式的行星比完全熔融的行星更常见。根据岩浆海洋的组成，一些没有大气的系外行星比其他行星更善于捕获挥发性元素——早期大气形成所必需的氧和碳等化合物——数十亿年。
例如，该研究指出，一颗比地球大4倍的基底岩浆类行星，其捕获的水质量是今天地球海洋的130多倍，是目前地球表面和地壳中碳含量的1000倍左右。
博利说:“当我们谈论一颗行星的进化及其拥有支持生命所需的不同元素的潜力时，能够在地幔中捕获大量挥发性元素可能对宜居性有更大的影响。”
对宜居性和未来研究的启示
熔岩行星离适合生命生存还有很长的路要走，但重要的是要了解帮助这些世界实现这一目标的过程。然而，这项研究清楚地表明，测量它们的密度并不是表征这些世界的最佳方法，因为它们与固体系外行星相比，岩浆海洋既不会显著增加也不会显著减少其行星的密度，Boley说。
相反，他们的研究表明，科学家应该关注其他地球参数，如行星表面重力的波动，以测试他们关于热熔岩世界如何运作的理论，特别是如果未来的研究人员计划利用他们的数据来帮助进行更大规模的行星研究。
Boley说:“这项工作结合了地球科学和天文学，基本上开辟了关于熔岩世界的令人兴奋的新问题。”
参考文献:Kiersten M. Boley, Wendy R. Panero, Cayman T. Unterborn, Joseph G. Schulze, Romy Rodríguez Martínez and Ji Wang, 2023年9月7日，《天体物理学杂志》，“气泡超级地球:岩浆成分对熔岩世界体积密度和结构的影响”。1538 - 4357 . DOI: 10.3847 / / acea85
这项研究得到了美国国家科学基金会的支持。其他合著者包括Wendy Panero, Joseph Schulze, Romy Martinez和Ji Wang，他们都来自俄亥俄州立大学，以及来自西南研究所的Cayman Unterborn。
