木星的衛(wèi)星木衛(wèi)一上火山爆發(fā)的圖像——取自伽利略號宇宙飛船。鳴謝:uux.cn/美國國家航空航天局，火山美國國家航空航天局-JPL，系外行星需佛山里水 外圍（外圍模特）外圍兼職[微信1662+044-1662][提供外圍女上門服務(wù)快速安排面到付款不收定金德國航天中心
（神秘的火山地球uux.cn）據(jù)今日宇宙（安迪·托馬威克）：即使有世界上最好的望遠(yuǎn)鏡拍攝的最清晰的圖像，天文學(xué)家仍然不知道他們在看什么。系外行星需從像詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)這樣的火山望遠(yuǎn)鏡捕捉的圖像中收集科學(xué)數(shù)據(jù)需要對物理學(xué)，特別是系外行星需光是如何工作的有一個基本的理解。
為了幫助理解這一點，火山一群物理建模師專門試圖理解使用不同的系外行星需望遠(yuǎn)鏡技術(shù)會出現(xiàn)什么樣的不同場景。arXiv預(yù)印本服務(wù)器上發(fā)布的火山一篇新論文恰好符合這一模型，來自加州大學(xué)河濱分校、系外行星需佛山里水 外圍（外圍模特）外圍兼職[微信1662+044-1662][提供外圍女上門服務(wù)快速安排面到付款不收定金美國國家航空航天局戈達(dá)德分校、火山美國大學(xué)和馬里蘭大學(xué)的系外行星需研究人員決定模擬他們認(rèn)為圍繞類太陽恒星的系外行星上的火山活動。
那么為什么火山活動如此重要呢？火山簡而言之，這是系外行星需一種間接的方式來窺視系外行星內(nèi)部，以了解地表下可能存在的地質(zhì)情況。在其核心，火山將地球內(nèi)部的一切噴向外部，尤其是大氣。因此，任何能夠捕捉到火山系外行星大氣層照片的望遠(yuǎn)鏡，都有能力看到它的內(nèi)部是由什么組成的。
目前，只有少數(shù)望遠(yuǎn)鏡足夠強(qiáng)大，甚至可以探測到系外行星的大氣層——JWST就是其中之一。然而，它只能在紅矮星周圍探測到它們。亮度與我們的太陽相似的恒星會沖掉望遠(yuǎn)鏡的傳感器，使它們的數(shù)據(jù)變得無用。
但是未來幾代的望遠(yuǎn)鏡可能就不是這樣了。特別是一個叫做LUVOIR望遠(yuǎn)鏡的，目前還只是在概念階段。LUVOIR有可能，至少在目前的規(guī)格下，直接成像地球大小的系外行星的大氣層，這些行星以大約1 AU的距離圍繞類太陽恒星運行。
然而，這實際上意味著什么呢？拍攝如此遙遠(yuǎn)物體的圖像需要特殊的理解才能解讀。這可不是在圖片背景中視覺上看到埃菲爾鐵塔那么簡單。它更多的是以一種可以轉(zhuǎn)化為對望遠(yuǎn)鏡所能捕捉的東西的科學(xué)理解的方式來解釋數(shù)據(jù)。想出一個密碼的最好方法之一是在我們已知的物體上測試望遠(yuǎn)鏡的能力。
宇宙中研究得最好的物體之一是地球本身。我們對大氣光譜的了解已經(jīng)深入到一些非常細(xì)微的細(xì)節(jié)。我們也可以模擬我們認(rèn)為它在像盧瓦爾這樣的望遠(yuǎn)鏡中會是什么樣子。雖然找到另一個地球的可能性既令人信服，而且坦率地說，也是一種實際的可能性，但本文對“系外地球”模型進(jìn)行了更細(xì)致的研究——基于不同火山爆發(fā)的存在，信號會有什么變化？
如上所述，火山是遠(yuǎn)程觀察行星核心的最佳方式之一，因此行星科學(xué)家希望獲得盡可能多的數(shù)據(jù)。再一次，我們最好的數(shù)據(jù)是在地球上收集的。我們知道什么化學(xué)物質(zhì)來自這里的火山，這可能是在地球外大氣的光譜特征中獲得的。
LUVOIR有三個主要的光譜儀，專注于不同波長的光——紫外線、可見光和近紅外線。在一個非火山化的地外模型中，紫外線波長對臭氧高度敏感，而普通的氧氣和水蒸氣在可見光中更明顯。水也是近紅外波段最明顯的元素。
這一切和火山有什么關(guān)系？火山噴發(fā)時噴到空氣中的氣溶膠至少對其中一些元素的光譜讀數(shù)造成了破壞，尤其是水。根據(jù)這篇論文，“當(dāng)火山爆發(fā)正在進(jìn)行時，H2O吸收特征幾乎完全被火山氣溶膠所掩蓋。”這似乎是一個非常明確的指標(biāo)，如果盧瓦爾看到一顆行星在可見光和近紅外光譜中有一個穩(wěn)定的光譜帶，并且這些值在觀察期內(nèi)發(fā)生了顯著變化，它可能是由某種形式的火山活動引起的。
另一個指標(biāo)是系外行星大氣中二氧化硫(酸雨)的存在。這種氣體的壽命相對較短，但不斷由火山噴發(fā)噴出。不幸的是，LUVOIR能夠探測到的光譜吸收線幾乎完全被類似的臭氧吸收線所掩蓋，這使得很難從數(shù)據(jù)中分離出SO2的存在。
總體而言，正在進(jìn)行的火山活動的光譜特征似乎最符合紫外線(即臭氧)和可見光(即氧氣和水)光譜的變化。特別是，臭氧譜線周圍的高峰可能表明正在進(jìn)行的活躍噴發(fā)的存在。但是我們找到像盧瓦爾那樣的行星的可能性有多大呢？
根據(jù)文中討論的模型，大約90%。至少如果我們在類太陽恒星周圍觀測到47顆類地行星，概率確實達(dá)到那么高。考慮到已經(jīng)有5000多顆確認(rèn)的系外行星，盧瓦爾發(fā)現(xiàn)47顆類地系外行星的幾率相當(dāng)高。
不過，我們還需要一段時間才能確定。LUVOIR目前估計將于2039年發(fā)射，將我們可以收集的任何數(shù)據(jù)用于觀察21世紀(jì)40年代的任何系外行星大氣。這似乎離現(xiàn)在還有很長的時間，但至少它給了理論家更多的時間來開發(fā)我們可能期望看到的模型。希望有很多新的東西可以分析，不僅僅是火山。

(責(zé)任編輯：探索)