假设你已经测量了系外行星的质量和半径。你怎么知道这个遥远的星球是一个被水淹没的海洋世界还是一个干燥的沙漠？天文学家转向越来越复杂的行星内部模型来回答这个问题。
行星岩浆的案例
地球内部的示意图。地球的地幔大部分是固体，但它可以融化成岩浆，并通过火山作为熔岩挤压到地表。[NASA（改编自戈达德媒体工作室）]
为了弄清楚系外行星含有多少水，天文学家使用模型将观测到的属性（如行星的质量和半径）转换为对其成分的估计，包括它含有多少水。同样重要的是要了解系外行星将水保存在哪里：在大气层中，在表面，或在其内部深处隔离。一篇新文章探讨了富含水的行星可能将其水隐藏在内部深处的可能性，溶解在岩浆海洋中。
如果一颗系外行星的轨道靠近其母星，或者有一个厚厚的大气层来捕获热量，那么它的地幔- 核心和表面之间的层 – 可能是岩浆而不是固体岩石。当水溶解到这种熔融物质中时，它会渗入地球内部并减少地表水的供应。在今天的文章中，Caroline Dorn（瑞士苏黎世大学）和Tim Lichtenberg（英国牛津大学）探讨了全球岩浆海洋对系外行星观测和推断属性的影响。
熔融地幔建模
Dorn和Lichtenberg通过模拟具有铁芯，富含硅酸盐的地幔和冰，液体或蒸汽形式的纯水外层的系外行星来测试不同行星内部的影响。该团队解决了流体力学方程，以确定具有三种不同内部结构的行星的平衡状态：
本工作中使用的三个模型的示意图。[Dorn & Lichtenberg 2021]
- 答：地幔干燥、多岩石、坚固
B：地幔包含不隔离水的熔化区域（干熔融 – 固体内部）
C：地幔包含螯合水的熔化区域（湿融化 – 固体内部）。作者发现，行星的内部结构对其大小有明显的影响。对于相同质量的行星，那些具有湿熔融固体内部的行星可能比具有干熔融固体内部或岩石内部的行星小16%。这可以在分子水平上解释：地幔中硅酸盐分子之间的水分子比大气或表面上的自由流动的水分子增加行星半径的半径要小。
多少水？
推断出作者为行星内部设计的三个模型中每个模型的行星质量范围的水质量分数。[Dorn & Lichtenberg 2021]
Dorn和Lichtenberg还测试了我们对行星含水量的估计如何取决于内部模型的选择。他们发现，根据模型的选择，推断出的水量可以变化多达一个数量级，湿融化固体行星比干融化固体行星或岩石行星产生更富水的估计。他们的结果强调了行星的体积含水量与其地
表含水量之间的重要差异，未来的模型和观测可能有助于阐明这一区别。
此外，这些结果引发了关于行星在很长一段时间内供水的有趣问题。由于水安全地包含在行星表面之下，而不是沉淀在表面或悬浮在大气层中，因此它可能不太可能消失在太空中。
引文
“岩浆海洋系外行星中的隐藏水”，Caroline Dorn和Tim Lichtenberg 2021 ApJL 922 L4。doi：10.3847/2041-8213/ac33af
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