水是系外行星的重要組成部分，其分佈，無論是在地表或內部深處，都從根本上影響行星的特性。根據新的研究，對於地球大小的行星和質量超過地球質量6倍的行星，大部分水存在於行星核心深處。

大部分水可以儲存在系外行星的核心和地函深處，而不是表面。圖片來源：Sci.News。

「當今已知的大多數系外行星都位於其恆星附近，」蘇黎世聯邦理工學院的卡羅琳·多恩教授說。

「這意味著它們主要由熔融岩漿海洋的炎熱世界組成，這些岩漿尚未冷卻形成像地球一樣的矽酸鹽基岩堅固地函。”

“水在這些岩漿海洋中溶解得很好，與二氧化碳不同，二氧化碳會很快逸出氣體並上升到大氣中。”

「鐵核位於矽酸鹽熔融地函下方。那麼水在矽酸鹽和鐵之間是如何分配的呢？

「鐵芯的開發需要時間。很大一部分鐵最初以液滴的形式存在於熱岩漿湯中。

「湯中的水與這些鐵滴結合並一起沉入核心。鐵滴的行為就像被水向下傳送的升力。

到目前為止，人們只知道這種行為只發生在地球上也普遍存在的中等壓力的情況下。

目前尚不清楚對於內部壓力較高的較大行星會發生什麼。

「這是我們研究的關鍵結果之一，」多恩教授說。

“行星越大，質量越大，水就越容易與鐵滴一起融入核心。”

“在某些情況下，鐵吸收的水量比矽酸鹽多 70 倍。”

“然而，由於核心的巨大壓力，水不再以水分子的形式存在，而是以氫和氧的形式存在。”

這項研究是由對地球水含量的調查引發的，四年前得出了一個令人驚訝的結果：地球表面的海洋只含有地球總水量的一小部分。

地球80多個海洋的成分可能隱藏在其內部。

這是透過模擬計算水在地球年輕時普遍存在的條件下的行為來證明的。因此，實驗和地震測量是相容的。

關於行星中水分佈的新發現對天文觀測數據的解釋產生了巨大的影響。

天文學家可以使用太空和地球上的望遠鏡在某些條件下測量系外行星的重量和大小。

他們利用這些計算來繪製質量半徑圖，從而可以得出有關行星組成的結論。

多恩教授說：“如果這樣做——就像迄今為止的情況一樣——忽略水的溶解度和分佈，水的體積可能會被大大低估多達十倍。”

“行星上的水比之前想像的要豐富得多。”

如果我們想了解行星如何形成和發展，水的分佈也很重要。沉入核心的水將永遠被困在那裡。

然而，溶解在地函岩漿海中的水可以在地函冷卻過程中脫氣並上升到地表。

「因此，如果我們在行星的大氣層中發現水，那麼其內部可能存在更多的水，」多恩教授說。

水是生命得以發展的前提之一。長期以來，人們一直在猜測富含水的超級地球的潛在宜居性。

然後計算表明，過多的水可能不利於生命。爭論的焦點是，在這些水世界中，一層奇怪的高壓冰會阻止海洋和地函之間的界面上重要物質的交換。

目前的研究得出了不同的結論：具有深層水層的行星可能很少見，因為超級地球上的大部分水並不像迄今為止所假設的那樣位於地表，而是被困在核心內。

這使得天文學家認為，即使是含水量相對較高的行星也有可能發展出類似地球的宜居條件。

作者說：“因此，他們的研究為可能存在可以支持生命的水資源豐富的世界提供了新的線索。”

該研究發表在期刊上 自然天文學。

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羅浩 等人。內部是超級地球和亞海王星的主要水庫。 納特·阿斯特朗，2024 年 8 月 20 日線上發布；編號：10.1038/s41550-024-02347-z