臺北市立天文科學教育館

隨著天文學家開始取得行星大氣層的數據，我們正逐步地了解它們的組成和演化。 厚重的大氣層是最容易研究的，但這些厚重的大氣層也會將行星的表面隱藏起來，例如，一個類似金星的世界會因為其厚厚的大氣層，導致我們無法看到它的地形。因此，當我們越可能了解一顆行星大氣層的同時，似乎就越無法了解其表面。而現在一項新的研究，可能會改變這種情況。

圖說：藝術家對金星上的活火山想像。圖片來源：NASA/JPL-Caltech/Peter Rubin

岩石世界的表面和大氣之間有著豐富的化學交換。在地球上水循環、生長和收穫的季節及火山活動會隨著時間的推移而改變大氣成分。這些交換會發生在很長的時間尺度上，因此地球表面和大氣層永遠不會處於相互平衡的狀態。而在金星上由於大氣層較厚、地表乾燥，交換的時間尺度較短，但仍不足以達到平衡。

在這項研究中，研究人員認為對於大氣層特別厚的溫暖類金星世界來說，表面和空氣之間可以達到化學平衡，這些世界是我們發現那種緊密圍繞小恆星運行的一類世界，因此非常適合大氣研究。為了說明這種情況是如何發生的，研究團隊模擬了大氣層和岩石表面交界處的化學相互作用。模擬的結果表明，金星大氣層中二氧化碳等簡單分子的化學平衡，可用於探測其表面的成分。根據表面溫度的不同，類金星系外行星可以看到更複雜的分子CaAl₂Si₂O₈和MgAl₂O₄ 的強烈相互作用。換句話說，在適當的情況下，緊密圍繞溫暖恆星運行的小型岩石世界是進行此類研究的絕佳候選者。我們對其大氣層的所學，可以為了解其表面成分甚至地質活動打開一扇窗，甚至可以在無需直接觀察系外行星的表面情況下，確定其表面是否存在某些礦物質，這將對我們了解類地行星如何形成至關重要。

圖說：不同岩石行星氣候地球動力學狀態下的表面-大氣相互作用（紅線）和大氣平衡（藍色虛線）的時間尺度。顯示不同類型的類地世界如何影響其大氣層。圖片來源：Byrne, et al

先前的研究已經表明我們的太陽系相當不尋常，內太陽系中沒有大型行星的太陽系非常罕見。透過了解其他恆星內行星的演化和組成，將有助於了解為什麼我們的太陽系如此不尋常，甚至可能了解像我們這樣的生命在宇宙中是常見或是罕見的。相關研究成果發表於《Monthly Notices of the Royal Astrophysical Society》期刊上。（編譯／趙瑞青）

資料來源：UNIVERSE TODAY