解開海洋系外行星異常潮濕之謎，內部化學反應自產大量水

水世界可能比想像更常見，且能在意想不到之處形成！近年天文學家發現某些超級地球擁有異常潮濕大氣，甚至全表面覆蓋超深液態海洋，無法由彗星或小行星「運送」水源解釋，但新實驗證據顛覆傳統行星水來源理論，表明某些行星在形成早期階段，水只是氫大氣層與岩石核心化學作用的「天然副產品」。

人類迄今已確認發現逾 6,000 顆系外行星，也發現越來越多奇特水世界，比如尺寸介於地球～海王星之間的亞海王星類型，它們通常具岩石核心，周圍被富氫或富水大氣包裹。

若這類行星距離母行星在雪線之外，則富水大氣有跡可循，然而有些亞海王星距離母恆星相當近，理論預期這種環境下水分早已蒸發，然而事實卻是行星頂著高溫容納超乎預期的水量，過去研究認為它們或許形成於能積聚冰的雪線之外，再朝系統內側遷移。

最近，新研究或許有更佳解釋──行星利用自己的岩石核心與富氫大氣製造水。

先前數學模型表明行星在形成過程中，大氣的氫與含鐵岩漿海洋相互作用可產生大量水，只是科學家尚未對這項假設進行全面測試。

現在，一組多機構團隊於實驗重現行星深處高溫（4,000℃）高壓（60 GPa）條件，模仿大型岩石行星演化關鍵階段，使氫（=行星早期大氣層）與富含鐵的矽熔體（=熾熱岩漿海洋）相互作用，驚喜發現氫與礦物質存在化學反應，大量氫溶解於熔體，且分子氫還原氧化鐵產生大量的水。

在實驗中，約 18% 初始質量都轉化為水，研究人員表示，如果行星形成早期擁有濃厚氫大氣，那麼行星含水量將比預期多數千倍，最終可能佔行星總質量 5～28%。

由此產生的天體可能是巨大海洋世界，體積約地球 2～5 倍，表面被超深液態海洋覆蓋；也可能是假想氫氣海洋行星（Hycean planet），表面覆蓋海洋，頂部為濃厚氫氣層。

也就是說，一顆行星的水初始來源未必完全倚賴小行星、彗星外部輸送，實驗證據顯示一些大質量岩石行星在誕生早期，就因自身內部活躍化學反應生成大量水，這也解釋為何有些「超級地球」擁有令人驚異的水量，甚至部分行星出現獨特「水大氣層」。

新研究也衍生一個全新假說：地球或許也在早期自行產生一定水量。若水是行星形成的自然「副產品」，那麼宇宙適合生命發展、擁有水資源的星球數量可能遠超我們預估，隨著韋伯太空望遠鏡累積觀測數據，團隊希望找到更多證據支持該理論，尋覓更多擁有水和潛在生命的系外行星。

（首圖來源：AI 生成）

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