在浩瀚的宇宙中，天文學(xué)家始終被一個(gè)反常現(xiàn)象所困擾：距離恒星極近的“亞海王星”類(lèi)系外行星，表面溫度本應(yīng)高到無(wú)法存留液態(tài)水，但觀測(cè)數(shù)據(jù)卻顯示其蘊(yùn)含著驚人的水資源。這一矛盾現(xiàn)象長(zhǎng)期挑戰(zhàn)著傳統(tǒng)行星形成理論，直到《自然》雜志最新發(fā)表的研究揭示了一個(gè)顛覆性結(jié)論——這些行星的水并非來(lái)自外部遷移，而是通過(guò)內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)“自產(chǎn)自銷(xiāo)”。
解開(kāi)謎題的關(guān)鍵在于實(shí)驗(yàn)室模擬。研究團(tuán)隊(duì)利用激光加熱金剛石砧座技術(shù)，在兩塊金剛石對(duì)頂擠壓形成的極端環(huán)境中，將樣本壓力提升至地球大氣壓的1萬(wàn)倍，溫度加熱至2250至4000開(kāi)爾文。這種裝置精準(zhǔn)復(fù)刻了亞海王星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：熔融的硅酸鹽核心被厚重的氫氣大氣層包裹。實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人震驚——熔融硅酸鹽中的氧原子與氫氣發(fā)生劇烈反應(yīng)，直接生成大量水分子，其產(chǎn)量足以解釋觀測(cè)數(shù)據(jù)中的水資源豐度。與此同時(shí)，硅元素被釋放形成金屬合金等副產(chǎn)物，揭示了行星內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)的新路徑。
為避免氫氣擴(kuò)散導(dǎo)致設(shè)備損壞，研究團(tuán)隊(duì)采用數(shù)千次微秒級(jí)激光脈沖加熱，確保實(shí)驗(yàn)在化學(xué)平衡狀態(tài)下完成。這一技術(shù)突破不僅驗(yàn)證了“自產(chǎn)水”機(jī)制的可行性，更勾勒出亞海王星的演化新圖景：富氫行星與富水行星并非獨(dú)立類(lèi)型，而是同一演化序列的不同階段。初始形成的亞海王星擁有厚重的氫氣大氣層，隨著內(nèi)部高壓反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，氫氣逐漸轉(zhuǎn)化為水分子。當(dāng)氫氣消耗至一定程度，行星便從富氫狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦凰疇顟B(tài)。在過(guò)渡階段，未完全耗盡的氫氣大氣層會(huì)形成保護(hù)層，下方則存在穩(wěn)定的液態(tài)水海洋，這種“Hycean世界”結(jié)構(gòu)為水分保存提供了天然屏障。
這一發(fā)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)宜居帶理論構(gòu)成重大挑戰(zhàn)。過(guò)去，科學(xué)家以恒星輻射與行星表面溫度的關(guān)系定義宜居帶，認(rèn)為只有特定距離內(nèi)的行星才能穩(wěn)定存在液態(tài)水。然而，內(nèi)生造水機(jī)制的揭示表明，行星是否擁有液態(tài)水取決于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、大氣成分和壓力環(huán)境。即使位于傳統(tǒng)宜居帶之外的近恒星亞海王星，只要具備“硅酸鹽核心+氫氣大氣層”結(jié)構(gòu)，就能通過(guò)內(nèi)部反應(yīng)持續(xù)產(chǎn)生水分，形成穩(wěn)定的液態(tài)水環(huán)境。這一認(rèn)知大幅拓展了潛在宜居行星的搜索范圍，使此前被判定為“不宜居”的近恒星行星和軌道偏遠(yuǎn)的行星重新進(jìn)入科學(xué)視野。
實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步是這一突破的基礎(chǔ)。激光加熱金剛石砧座技術(shù)的成熟，使科學(xué)家能夠在實(shí)驗(yàn)室中復(fù)刻宇宙極端環(huán)境，將理論推演轉(zhuǎn)化為可觀測(cè)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這種“宇宙現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)室化”的研究范式，為系外行星科學(xué)開(kāi)辟了新路徑。未來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃引入更多巖石成分和大氣組成，探索不同條件下內(nèi)生水資源的生成效率，并研究該機(jī)制是否適用于超級(jí)地球或迷你海王星等其他類(lèi)型行星。
觀測(cè)端的進(jìn)展同樣值得關(guān)注。新一代太空望遠(yuǎn)鏡將投入使用，其更精準(zhǔn)的大氣成分探測(cè)能力，尤其是水蒸氣檢測(cè)精度的提升，將直接驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室理論。對(duì)于天體生物學(xué)而言，這一發(fā)現(xiàn)意味著宇宙中具備生命誕生條件的行星數(shù)量可能遠(yuǎn)超此前估算。那些曾被忽視的“反常”系外行星，或許正是尋找地外生命的關(guān)鍵突破口。
