科学家开发新技术 利用玄武岩光谱探测系外行星上的水

【蜂耘网 激光光学】康奈尔大学的科学家们正在建立一个玄武岩光谱库，以研究系外行星的成分并探测潜在的水证据。 利用 JWST 数据和基于系外行星 LHS 3844b 的模拟，他们分析了光谱特征，以区分不同的岩石类型。 他们的发现可以增进对系外行星表面和宜居性的了解。

研究人员正在利用玄武岩光谱研究系外行星，并用詹姆斯-韦伯太空望远镜寻找水。通过研究地球热地幔中的化学过程，康奈尔大学的科学家们正在建立一个基于玄武岩光谱特征的资料库。 这项研究旨在确定太阳系外行星的成分，并为这些系外行星上的水提供证据。

工程学教授埃斯特班-加泽尔（Esteban Gazel）说："当地球地幔熔化时，就会产生玄武岩。 玄武岩是一种遍布太阳系的灰黑色火山岩，是地质历史的重要记录者。当火星地幔融化时，也会产生玄武岩。 月球大部分是玄武岩，"他说。"我们正在地球上测试玄武质材料，以便最终通过詹姆斯-韦伯太空望远镜的数据来阐明系外行星的成分"。

Gazel和Emily First（前康奈尔大学博士后研究员，现明尼苏达州马卡莱斯特学院助理教授）是最近发表在《自然-天文学》上的一项研究的作者。

Gazel说，了解矿物如何记录形成这些岩石的过程，以及它们的光谱特征，是开发它们的图书馆的第一步："我们知道，大多数系外行星都会产生玄武岩，因为它们的主星金属性会导致地幔矿物（铁镁硅酸盐），这样当它们熔化时，相平衡（两种物质状态之间的平衡）就会预测所产生的熔岩将是玄武岩。它不仅会在我们的太阳系中盛行，也会在整个银河系中盛行。"

首先测量了15个玄武岩样本的发射率，这指的是表面对所遇能量的辐射程度，可以帮助寻找太空望远镜的中红外光谱仪可能探测到的光谱特征。

一旦玄武岩熔体在系外行星上喷发并冷却下来，玄武岩就会硬化成坚硬的岩石，在地球上被称为熔岩。 如果有水存在，这种岩石会与水发生作用，形成新的水合矿物，很容易在红外光谱中发现。 这些发生变化的矿物可能变成闪石（一种水合硅酸盐）或蛇纹石（另一种水合硅酸盐，看起来像蛇皮）。

加泽尔说，通过研究玄武岩样本之间微小的光谱差异，科学家理论上可以确定系外行星是否曾经有流动的地表水或内部水。

水的证据不会立即出现，在采用这种探测方法之前还需要进一步的工作。 詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）距离地球约 100 万英里，要花几十到几百个小时才能聚焦到一光年外的一个系统，然后还要花更多的时间来分析数据。

该研究小组在寻找一颗岩石系外行星来模拟其假设并考虑15种不同的特征时，使用了来自超级地球系外行星LHS 3844b的数据。

在天文学副教授尼科尔-刘易斯（Nikole Lewis）实验室工作的伊山-米什拉（Ishan Mishra）编写了计算机代码，对"First"的光谱数据进行建模，以模拟不同系外行星表面在JWST上的表现。

刘易斯说，建模工具最初是用于其他应用的。"Ishan的编码工具最初用于研究太阳系中的冰卫星，"她说。"我们现在终于要把我们在太阳系中学到的知识转化到系外行星中去了。"

"我们的目标不是专门评估LHS 3844b行星，"First说，"而是考虑JWST和其他天文台在未来几年可能观测到的玄武岩质系外行星的合理范围。"

研究人员说，在系外行星方面，对岩石表面的探索大多局限于单个数据点--在科学文献中只找到化学类型的证据，但随着观测者利用JWST，这种情况正在向多成分转变。

地质学家们说，通过尝试找出与矿物学和大块化学成分有关的特征--例如，岩石中含有多少硅、铝和镁--地质学家们可以更多地了解岩石的形成条件。

First说："在地球上，如果有玄武岩从大洋中脊深处的洋底喷发出来，而那些玄武岩则在夏威夷这样的海洋岛屿上喷发，你会发现它们的主体化学成分存在一些差异。 但即使是块状化学成分相似的岩石，也可能含有不同的矿物，因此这些都是需要研究的重要特征。"

编译自/ScitechDaily

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