银河系中最常见类型的行星可能在其朦胧的外层之下隐藏着一个秘密。
亚海王星是比海王星略小但缺乏通常意义上的固体表面的行星，在已确认的6300多颗系外行星中约占3300颗。然而，它们仍然是银河系中了解最少的行星天体。我们的太阳系没有可参考的类似天体，它们浓厚、多云的大气层甚至让最强大的望远镜也难以观测。
芝加哥大学研究人员领导的一项新研究表明，问题可能比之前认为的更为根本：科学家知道这些行星上应该存在的水，可能根本无法被当前的观测技术所发现。
研究团队将重点放在TOI-270 d上，这是一颗于2019年发现的亚海王星，位于绘架座，距离地球约73光年。该行星的半径约为地球的两倍，质量约为地球的4.2倍，每11.4天绕其红矮星运行一周。TOI-270 d及其两颗姊妹行星都在恒星宜居带的内侧边缘运行。
詹姆斯·韦伯太空望远镜先前的观测在其大气层中检测到了二氧化碳、甲烷和分子氢。这些气体的组合通常表明水的存在，但韦伯的仪器无法确定其状态或数量。水是以蒸汽、液态还是高压冰的形式存在，以及它是与氢自由混合还是保持分离状态，都是未知的。
由博士后研究员Caroline Piaulet-Ghorayeb领导的研究团队构建了同时模拟TOI-270 d大气化学和内部结构的计算机模型。模拟结果显示，该行星表面约537摄氏度（1000华氏度）的温度以及行星整体成分中水与氢的比例共同决定了这两种物质的行为方式。
在TOI-270 d的情况下，模型显示水在该行星的总成分中比氢更丰富。在模拟的温度下，多余的水很可能凝结并沉降到富含氢的上层大气之下。氢层随后起到屏蔽屏障的作用，阻止来自深层水的任何电磁信号到达太空中的望远镜。即使是韦伯望远镜，凭借其调谐到在行星凌星期间探测系外行星大气的红外灵敏度，也只能看到上方的氢和微量气体。
这一发现挑战了一个长期以来的假设，即亚海王星的内部是充分混合的，水和氢在整个大气层及以下均匀分布。该研究反而提出，这些行星中的许多具有分离的内部结构，具有不轻易交换物质的独立层。
如果这些结果适用于更广泛的行星群体，这将意味着目前对亚海王星水含量的估计可能系统性偏低。其影响超越了行星科学：水是搜寻地球以外宜居环境的中心，了解银河系最常见行星类型上有多少水存在，会影响行星形成模型以及生命的潜在分布。
作者指出，未来的望远镜对于测试分层内部假说至关重要。美国宇航局的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜计划于2026年8月30日发射，它搭载了专门用于直接成像系外行星的日冕仪，这可能会揭示大气成分分布的细节。在地面上，正在智利阿塔卡马沙漠建造的欧洲南方天文台极大望远镜预计将于2030年12月左右开始科学运行，其研究系外行星大气层的能力将比现有天文台更高分辨率。
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婷 翻译