如果有一颗行星,白天的温度高达摄氏2700多度,天空吹着每秒超过1公里的狂风,脚下不是海水,而是一片可能深达数十甚至上百公里的岩浆海洋,那会是什么样的世界?
距离地球约202光年的双鱼座方向,存在这样一颗令人难以想像的石质行星,名为K2-141b。它紧贴著母恒星运行,一圈只需6.7小时。这也意味着,在这个遥远世界里,一年短得几乎难以想像,而它的表面环境更像一座永远不会冷却的巨大熔炉。
K2-141b的“天气”可能也令人震撼。根据科学家的电脑模型,熔化的岩石在高温下蒸发,形成岩石蒸气大气。蒸气被高速气流带往较冷区域后凝结,再以类似降雨的方式回到表面,这颗行星或许存在一套完全不同于地球的岩浆循环。
一年只有6.7小时
K2-141b是一颗超级地球,质量大约为地球的5倍,半径约为地球的1.51倍。它是一颗高密度的石质行星,目前资料显示平均密度约为每立方公分7.9克。
K2-141b绕着一颗名为K2-141的橙色主序星运行,两者平均距离只有约0.0075天文单位,不到日地距离的1%。作为对照,太阳系中最靠近太阳的水星,即使在近日点时,距离太阳仍远得多。
如此接近母恒星,K2-141b完成一次公转只需要约0.28天,也就是6.7小时。对地球而言,一年是四季轮转;对K2-141b来说,一年甚至不到一天。
由于它的轨道极短,研究人员认为这颗行星很可能已经受到潮汐锁定,也就是始终以同一面朝向母恒星。一个极端的世界因此形成:一面长时间承受恒星灼热照射,另一面则始终背对母恒星。研究模型甚至显示,由于母恒星在这颗行星天空中看起来非常巨大,约有三分之二的表面可能处于永久日照之下。
地表可能是一片岩浆海
K2-141b不是一颗气态巨行星,而是一颗岩石世界。然而,这并不代表它拥有像地球一样的陆地。
目前不同研究对其温度估计略有差异,NASA资料所列平衡温度约为2100 K,约摄氏1830度;而2020年的大气模型估计,正对恒星区域的温度可达约3000 K,也就是摄氏2730度左右。在这种高温之下,岩石已经不再是我们熟悉的坚硬地面。
K2-141b可能拥有一片由岩浆构成的“海洋”。2020年的研究模型估计,其最深处甚至可能达到约100公里。对我们而言,海洋意味着蓝色水面、潮汐与浪花,但在这颗行星上,所谓的海洋可能是一片熔化的岩石,而且这片岩浆海并非静止不动。
白天一侧受到强烈加热,岩浆中的物质可能直接蒸发,进入行星大气。这些蒸气被带往较冷区域后,一部分物质重新凝结。一场极不寻常的“降雨”可能因此出现,只不过从天空落下来的并不是水。
天空下起“岩石雨”
K2-141b的大气成分目前仍未被直接确认,相关描述主要来自模型推演。研究人员分别模拟了以**钠(Na)、一氧化硅(SiO)和二氧化硅(SiO₂)**为主的大气,以了解岩石蒸发后可能出现的情况。
想像一下,脚下是一片熔化的岩石海洋,炙热物质不断蒸发升空;当这些矿物蒸气被带到较冷的区域,就可能凝结,再重新落向表面。
这套循环与地球的水循环有几分相似,却又完全不同。地球上的海洋蒸发形成水蒸气,水蒸气凝结后形成云,再以雨雪落下;K2-141b上则可能是岩浆蒸发、矿物蒸气凝结,再回到行星表面。
如果大气中含有较多钠,情况可能更加奇特。模型显示,一些含钠物质可能在较冷区域沉积到固态表面,由于那里已没有岩浆海可以将物质带回,研究人员提出,这些物质或许会以类似地球冰川流动的方式缓慢移动。
在这颗行星上,岩浆海、矿物蒸气、凝结物与高速风场,可能共同组成一套极端的天气循环。
每秒超过1公里的狂风
K2-141b的风速同样来自大气模型,而且会随假设的大气成分不同而改变。
研究显示,如果大气主要由二氧化硅组成,最高风速可达约每秒1.75公里;一氧化硅模型约可达每秒2.2公里,钠大气模型甚至约可达每秒2.3公里。这些都属于超音速气流。
在这样的环境里,从炽热白天一侧蒸发出去的物质,可能被高速气流带往较冷区域。当温度下降,蒸发物凝结,便可能重新回到行星表面。
如此一来,K2-141b或许存在一个极端版本的“天气循环”:岩浆受热蒸发,矿物物质进入大气,被狂风吹往低温区域,凝结后再回到地表,之后部分物质重新向高温区域移动。
不过,研究人员也指出,这套循环不像地球水循环那样稳定。由于岩浆海把物质送回高温区域的速度相当缓慢,K2-141b表面与大气的矿物组成可能随时间逐渐改变。
一个永远炎热的异星世界
K2-141b距离母恒星如此之近,使它成为一个与地球截然不同的世界。它显然不是我们熟悉的宜居环境。
正对恒星的一侧温度可能达到摄氏2700多度,而它拥有的不是液态水海洋,而可能是深达数十甚至约100公里的岩浆海。它的大气也可能不是我们熟悉的氮气、氧气,而是高温岩石蒸发后形成的矿物蒸气。
在这里,“海洋”可以蒸发成天空的一部分,天空中的物质又可能重新凝结,落回地表,而超音速狂风则负责把这些物质从炽热区域带向较冷的另一侧。
宇宙中的“行星”不一定像地球这样拥有蓝色海洋、白色云层与四季变化。即使同样是岩石组成的世界,当它被放在距离恒星极近的位置,整个星球的面貌也可能彻底改变。
那不是地球的春夏秋冬,而是一个由岩浆、矿物蒸气与超音速狂风构成的世界。
责任编辑:星跃




