一顆地球大小的系外行星可能已經失​​去原始大氣但火山活動補充失去的氣體

一顆編號GJ 1132b，地球大小的岩石系外行星，環繞著41光年外的一顆紅矮星旋轉。在某些方面，GJ 1132b與地球具有相似之處，但在其它方面卻大不相同。差異之一是它的煙霧籠罩的大氣層中含有氫，甲烷和氰化氫的有毒混合物。使用美國太空總署哈勃太空望遠鏡的科學家發現證據，證明這不是行星的原始大氣，並且第一顆行星是由GJ 1132b附近的母星發出強烈輻射炸毀。天文學家認為，它的再生大氣層是由於行星地下熔岩不斷滲入火山裂縫而形成。從這些裂縫中滲出的氣體，似乎正在不斷補充大氣層，否則整大氣層會被恆星剝離。

根據推測，GJ 1132 b行星原本是氣態行星，大氣中有厚厚的氫層。是屬於亞海王星類型，它開始時直徑是地球的數倍，由於它環繞軌道旋轉的熾熱年輕恆星射出強烈輻射，因而迅速失去原始的氫和氦氣。在很短的時間內，這樣的行星剝落成與地球大小差不多的核心。

使天文學家驚訝的是，哈勃太空望遠鏡觀測到它仍然擁有大氣層，根據他們的推論，這種大氣是現在存在的次級大氣。基於直接觀測證據和通過電腦模擬得出的結論，大氣層由分子氫，氰化氫，甲烷組成，並且還含有氣溶膠霧霾。模擬顯示，霧霾是基於光化學產生的碳氫化合物，類似於地球上的煙霧。

天文學家將GJ 1132b中當前的大氣氫解釋為來自原始大氣的氫氣，氫氣吸收到行星從地幔噴出的熔岩漿，在火山爆發過程緩慢釋放，形成新的大氣。今天我們看到的大氣層不斷補充，以平衡逸出到太空中的氫氣。

GJ 1132 b距地球約41光年，具有與地球相似的地方，兩者俱有相似的密度，相似的大小和相似的年齡，大約有45億年的歷史。兩者開始時都是由氫氣主導的大氣，並且在冷卻之前都是熱的。研究小組發現，GJ 1132b和地球表面的氣壓也相似。

但是這些行星的形成有著截然不同的歷史。地球不是亞海王星的倖存核心。地球繞著太陽公轉的距離很近。GJ 1132 b卻異常靠近紅矮星，以至於它每1.5天公轉一次。這種極為接近的距離使GJ 1132 b處於潮汐鎖定狀態，它其中一面永遠面向恆星，就像我們的月亮有一面永久面向地球一樣。

潮汐加熱是一種由於摩擦而發生的現象，當來自行星軌道和旋轉能量作為熱量散佈在行星內部時，就會發生。GJ 1132b在橢圓軌道上，當它最接近或遠離其主恆星時，作用在它的潮汐力最大。宿主恆星系統中至少另外一顆行星也在重力作用下拉動了這顆行星。

結果是通過重力擠壓或拉伸了這顆行星，潮汐加熱使地幔長時間保持液態。木星的木衛一（Io）是我們太陽系附近的一個例子，由於木星和鄰近的木星衛星發生重力拉伸，木衛一因此具有連續的火山活動。

鑑於GJ 1132 b的內部溫度很高，研究小組認為，行星的較冷的地殼非常薄，也許只有數百米厚，無法支持任何類似火山山脈的活動。由於潮汐彎曲，它平坦的地形也可能像蛋殼一樣破裂。氫和其它氣體可能會通過這種裂縫釋放出來。

【圖、文：節譯自美國太空總署2021年3月11日新聞公佈】