天文学家开始取得行星大气层数据后,逐步了解组成和演化,厚重大气层最容易研究,但也会将行星表面盖起来,如类金星的世界会因厚厚大气层,导致我们无法看到地形,故越可能了解行星大气层时,就越无法了解表面。现在新研究能改变状况。
艺术家对金星活火山的想象图。(Source:NASA)
岩石世界表面和大气间有丰富化学交换。地球水循环、生长和收获季节、火山活动会随时间改变大气成分,物质交换发生时间很长,故地球表面和大气层永远不会处于平衡状态。金星大气层较厚、地表干燥,物质交换时间较短,但仍不足以达成平衡。
研究员认为大气层特别厚的温暖类金星世界,地表和空气间可达成化学平衡,这些世界是发现紧密围绕小恒星运行的别种世界,非常适合大气研究。为了知道这种情形如何发生,团队模拟大气层和岩石表面交界处化学相互作用,结果显示,金星大气层二氧化碳等简单分子的化学平衡,可探测表面成分,表面温度不同,类金星系外行星可看到更复杂的分子CaAl2Si2O8和MgAl2O4强烈相互作用。换句话说,适当状况下,紧密围绕温暖恒星运行的小型岩石世界是进行此类研究的绝佳对象。
对大气层的知识可为了解表面成分甚至地质活动打开一扇窗,甚至无需直接观察系外行星表面,确定是否有某些矿物质,对了解类地行星如何形成至关重要。
不同岩石行星气候地球动力学状态下的表面─大气相互作用(红线)和大气平衡(蓝色虚线)的时间范围。显示不同类型的类地世界如何影响大气层。(Source:arxiv.org)
以前研究就显示太阳系相当不寻常,因内太阳系没有大型行星。透过了解其他恒星行星演化和组成,有助了解为什么太阳系如此不寻常,甚至可能了解像我们这种生命形式在宇宙是常见或罕见。