科研团队应用美国国度航空航天局（NASA）詹姆斯·韦布空间千里镜（JWST）上的中红外仪器 MIRI，对这颗行星的日面进行了精细不雅测。 研究由曾在德国海德堡马克斯·普朗克天文学研究所（MPIA）攻读博士的塞巴斯蒂安·齐巴领衔，MPIA 所长、项目首席研究员劳拉·克赖德伯格介入个中。 比拟以往重要聚焦系外行星大年夜气，这项工作进一步将研究前沿推动到“系外行星地质学”——测验测验直接束缚太阳系外岩石行星的外面构成与演变汗青。 相干成果揭橥于《天然·天文学》期刊。
LHS 3844 b 是一颗岩石行星，半径比地球大年夜约大年夜 30%。 它环绕一颗冷红矮星超近距离运行，公转周期仅约 11 小时，行星与母星的距离只有约三个恒星直径。 如斯慎密的轨道导致行星处于潮汐锁定状况，一面永远朝向恒星炽烤，另一面则经久处于阴郁之中。 其日面温度高达约 1000 开尔文（约 725 摄氏度），全部行星体系距离地球仅约 48.5 光年。
得益于韦布千里镜卓越的灵敏度，科研人员得以直接测量来自这颗岩石行星外面的热辐射亮度。 “我们看到的是一块阴郁、炽热、贫瘠的岩石，完全没有任何可探测的大年夜气，”克赖德伯格如斯形容不雅测成果。 因为千里镜无法直接分辨出行星圆面，研究人员采取的是“次级食”和“相位曲线”技巧，经由过程追踪全部体系总亮度随轨道变更的微弱起伏，反演行星日面发出的红外辐射。
MIRI 在 5–12 微米波段对体系进行不雅测，并将这一波段进一步划分为更细的子波段，从而获取行星日面辐射的中红外光谱分布。 团队还将此前斯皮策空间千里镜的数据纳入分析，以进步光谱拟合的稳健性。 经由过程比较不合波长处的亮度与理论模型，科研人员得以考验多种潜在的外面物质组合，从地球花岗质地壳到月球式玄武岩和幔源熔岩等。
计算成果明白清除了类似地球大年夜陆地壳的外面场景。 地球的富硅酸盐花岗质地壳平日经由过程漫长的板块构造和岩浆再轮回形成，往往须要液态水介入，反复的熔融与分异使轻质矿物逐渐漂浮至表层。 齐巴指出，LHS 3844 b 的光谱看不到这种富硅酸盐、花岗质地壳的迹象，这意味着地球式板块构造要么在这颗行星上从未产生，要么早已停止并且难以发挥感化。 这也暗示该行星内部可用水分含量极低，与习惯意义上的“类地行星”存在本质差别。
与之相反，不雅测更支撑一个“玄武岩主导”的外面气候。 数据最相符的模型是大年夜面积由幔源岩浆凝固形成的玄武质岩石，类似地球上广袤的玄武岩平原，或月球上的“月海”。 这类岩石平日富含镁和铁，包含如橄榄石在内的多种铁镁硅酸盐矿物。 拟合注解，较为粗拙的岩石或砾石层同样可以很好匹配不雅测，而单一由细粉尘构成的外面则过于通亮，与当前不雅测不符。
因为缺乏大年夜气樊篱，LHS 3844 b 的外面完全裸露在母恒星辐射和流星体轰击之下，经久遭受所谓“空间风化”感化。 这些过程会逐渐将坚硬岩石破裂成类似月球风化层的渺小颗粒，并在其外面富集铁和碳，使物质变得更暗、更吸热。 齐巴指出，恰是这种风化后的暗色风化层，使得行星外面的整体光学和红外性质与不雅测成果加倍一致。
要区分这两种场景，一个关键指标是行星上是否存在正在进行的火山活动。 在很多地质活泼天体上，火山会释放出大年夜量气体，个中二氧化硫（SO₂）是典范的示踪物之一。 假如 LHS 3844 b 具有强烈的现代火山活动，MIRI 理论上应能在中红外光谱中辨认出 SO₂ 的特点接收带。 然而，不雅测并未发明这类特点，这使近期火山活动的可能性大年夜大年夜降低，反而支撑其外面已阅经久“冷却休眠”的解释，从而在面孔上更接近水星。
为了进一步厘清这颗行星的真实面孔，研究团队已经筹划了更多后续的 JWST 不雅测。 个中一项关键工作是测量行星外面在不合视角下的热辐射与反射特点，经由过程光的散射方法来区分粗拙岩石面与相对腻滑或松散的物质。 这类技巧已经在太阳系内小行星研究中取获成功，如今被移植到系外行星范畴，有望让科学家剖断 LHS 3844 b 的表层毕竟是整块岩石板、熔岩平原，照样厚实的粉末与碎块聚积。
基于现稀有据，团队提出了两种可能的外面演变图景。 第一种是行星外面广泛覆盖相对“年青”的玄武质岩石，暗示近期或持续的火山活动赓续向外面输送新鲜熔岩。 第二种则是经久空间风化主导的“老旧”外面：曾经的岩浆平原在亿万年间被辐照和撞击反复加工，如同月球或水星那样被厚厚的暗色风化层覆盖。 从光谱形态看，这后一种“经久静默”的场景与不雅测加倍相符。
克赖德伯格表示，团队有信念应用同样的办法，不仅揭示 LHS 3844 b 的地壳性质，也为将来更多岩石系外行星供给“外面级”信息。 本次应用的 JWST 不雅测来自编号为 1846 的一般不雅测项目，题为“在炽热岩石系外行星 LHS 3844 b 上寻找火山和地球动力学迹象”，由她担负首席科学家、任如担负结合首席。 介入此次研究的机构遍布美国、德国、中国等多国，包含哈佛-史密森天体物理中间、加州理工学院、喷气推动实验室、北京大年夜学、宾夕法尼亚州立大年夜学、NASA 戈达德太空飞翔中间以及多所欧洲高校和研究机构。
负责本次不雅测的 MIRI 仪器由欧洲多国构成的结合团队研制，成员包含比利时、丹麦、法国、德国、爱尔兰、荷兰、西班牙、瑞典、瑞士和英国等国，相干工作在各国国度科研机构赞助下开展。 在德国，重要赞助方为马克斯·普朗克学会和德国航空航天中间，介入单位包含海德堡的马克斯·普朗克天文学研究所、科隆大年夜学以及亨索尔德公司等。 作为当今最重要的空间天文举措措施之一，詹姆斯·韦布空间千里镜由 NASA 牵头，欧洲航天局和加拿大年夜航天局合营介入，致力于在宇宙早期星系形成、恒星和行星出生、以及系外行星大年夜气与外面性质等范畴开辟新视窗。 在此之前，斯皮策空间千里镜已经由过程红外不雅测为系外行星研究奠定基本，其相干项目由加州理工学院喷气推动实验室受 NASA 委托运营。
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