溫度可飆升2600℃？亞海王星上可能藏著巖石云和巖漿海洋

當亞利桑那州立大學的天文學家 Luis Welbanks 對著屏幕上一行行代碼皺起眉頭時，他正在試圖回答一個懸了很久的問題：那些銀河系里到處可見、太陽系中卻一顆都沒有的“亞海王星”，到底是由什么構成的？他和同事們在模擬器中“蒸”出來的結果，不是水汽，不是氨冰，而是一片滾燙的、由氣化巖石組成的云。

“這項工作讓我們離回答這些神秘世界由什么構成這個問題又近了一步?！盬elbanks 在隨后的一份聲明中說。語氣克制，但如果你了解系外行星研究的背景，就會明白這句話里壓著多大的驚奇感。因為這一類行星——亞海王星，在目前的認知里，幾乎就是一個結構不明的謎團。

它們比地球大，比海王星小，在太陽系里找不到參照物。一般認為它們有一個巖石核心，外層裹著極深厚的大氣，但除此之外，具體成分與結構的拼圖少得可憐。大氣可能是氫主導的，像木星一樣；也可能富含水蒸氣和碳基有機分子；更極端的猜想里，厚厚的氫大氣下甚至可能壓著一整片全球性的液態水海洋——這些都只是“可能”。

詹姆斯·韋伯空間望遠鏡（JWST）正忙著探測好幾顆亞海王星的大氣，想通過大氣反推行星的整體成分。思路很直接：大氣是行星構成的外溢信號，讀懂了大氣，就能推知更深處的構造。可是到目前為止，得到的結果都不算明確。

原因在于，這些行星的大氣太深、太厚。光是靠近“地面”附近那一段，壓力就大到可以把礦物質活生生壓成蒸汽，而這些礦物質蒸汽又會凝結成云——成分不是水滴或冰晶，而是氧化鋁、鐵、硅酸鎂、硫化錳、氯化鉀、硫化鈉和硫化鋅。這一串礦物名念出來，像在讀一張地質學菜單，而不是天氣報告。

那么，如果這些礦物云并不只是漂浮在大氣高層的點綴，而是沉沉地聚在靠近固體表面的底層大氣里，會發生什么？這正是亞利桑那州立大學的 Sagnick Mukherjee 帶領的團隊通過詳細計算機模擬想搞清楚的事情。他們用模型計算礦物云在行星內部會帶來什么熱量效應，得到的結果讓人驚訝：當礦物云在深層形成時，它們會像一床高效保暖毯一樣，把從行星內核泄漏出來的熱量大量兜住，不讓它散逸出去。

這床“巖石云保溫被”的威力有多大？Mukherjee 給出了一個溫度區間：“在當前正由 JWST 研究的亞海王星中，由云驅動的加熱可以讓大氣與內部交界面處的溫度上升大約 1400 到 2600 攝氏度（約合 2550 到 4712 華氏度）?！闭堊⒁猓@不是行星表面的氣溫，而是大氣底部與固體層交界處的溫度。在這種量級的加熱下，事件的走向就變了：上層大氣反而會明顯變冷，而緊貼著“地面”的那一層巖石開始熔化。

“對于我們所模擬的某些行星來說，這些額外的熱量足以熔化行星表面，形成巖漿海洋?！眻F隊成員 Matthew Nixon 這樣描述。這意味著，行星的地面不再是干燥堅硬的巖石，而是一片發著暗紅色光、緩緩翻涌的熔巖澡堂。向上看，還能看到上方彌漫著剛剛從這片熔巖里蒸發出來的巖石蒸汽云——也就是那床“保溫被”本尊。一端是數千攝氏度的高溫把礦物烤成氣態，另一端這些氣態物質匯聚成云后又把熱量堵回地面，惡性循環般熔化更多巖石。整個過程極度熾烈，也極度自洽。

這些潛在的巖漿行星中，包括了距離我們 48 光年、繞著一顆紅矮星運轉的亞海王星 GJ 1214b。它曾一度被認為可能是某種完全不同類型的行星……

不過，研究還沒走到下大結論那一步。Welbanks 所說的“更進一步”是非常謹慎的。這次模擬首次清晰地把礦物云的熱效應推到了臺前，但它仍然依賴大量假設：行星內部的具體熱流強度、礦物云分布范圍、云粒子大小和沉降速率，這些參數在模擬中可調，而我們目前并沒有從真實觀測中得到足夠的約束。因此，Mukherjee 團隊展現的是一個物理上可能發生的場景，而不是已經觀測到的事實。

未來，如果 JWST 或更下一代望遠鏡在這些亞海王星的大氣光譜里，真的找到了某些特定礦物存在的特征，同時又在紅外波段看到底部大氣超乎預期的高溫，我們就能更篤定地說：那些云確實是巖石做的，而且它們正在把腳下的世界烤成液態。