天文学家已知大约60颗岩石系外行星在其恒星的宜居带内运行。当他们试图确定这些行星的宜居性时，检测其大气中的水起着巨大的作用。但如果有另一种方法来测量这些世界的水含量呢?

天文学家计算哪些系外行星最有可能有水

研究人员正在开发一种对这些世界进行建模的方法，以确定它们有多少水。

据我们所知，宜居性可能需要地表水。但检测地表水几乎是不可能的。其次最好的办法是使用我们拥有的工具(例如詹姆斯·韦伯太空望远镜)来探测和表征系外行星的大气。但尽管JWST很强大，它仍然无法检查每一个系外行星的大气层。有些是超出其能力范围的。但一组研究人员正在利用我们对系外行星、潮汐加热和放射性加热的了解，试图确定哪些系外行星可能在地表或地表下存在海洋。

科学家团队检查了宜居带中的岩石系外行星列表，并使用模型来确定它们拥有厚厚的表面或地下海洋层的可能性有多大。他们在预印本服务器arXiv上发表了一篇题为“宜居带岩石系外行星的水含量”的论文。主要作者是来自匈牙利布达佩斯孔科伊天文台和HUN-REN天文学与地球科学研究中心的AdamBoldog。

系外行星科学家面临的障碍之一是M矮星或红矮星的增殖。银河系中一半的恒星可能是红矮星，这就是我们在宜居带中发现大多数岩石行星的地方。但红矮星表现出明显的耀斑，有时这种耀斑比太阳产生的任何东西都要强大得多。

由于红矮星不像类太阳恒星那么明亮，它们的宜居带离恒星更近。这意味着位于宜居带的系外行星的大气层可能会被红矮星的强大耀斑夺走。一旦大气层消失，地表水肯定也会随之消失。

在这种情况下，即使没有大气层，地球仍然可以维持生命。红矮星宜居带中的岩石行星可能有大量液态水，只是表面没有。它们可能更像我们太阳系的海洋卫星木卫二、土卫二等。他们有充足的水，在某些情况下比地球还要多。但它们没有地表水，只有极其稀薄的大气层。詹姆斯韦伯太空望远镜的大气光谱无法告诉我们太多关于这些类型的世界以及它们是否有海洋的信息。

“因此，探索不依赖大气层存在的其他可能的方法来研究系外行星的宜居性非常重要，”作者解释道。

“在这项研究中，我们研究了岩石系外行星的内部，以确定那些可能含有大量水的行星，”作者写道。“我们对28颗岩石系外行星的内部进行了建模，假设有四个不同的层——铁核、岩石地幔、高压冰层和表面冰/水层。”

除了行星的结构之外，其热量收支对其液态水含量也起着重要作用。行星有两种产生热量的方式。一种是放射性热，来自地球地幔和地壳中铀、钍和钾同位素的放射性衰变。另一种是潮汐加热，它来自行星轨道和自转产生的摩擦。研究人员在他们的模型中包含了两者的可能数量。

作者解释说：“考虑到潮汐和放射性加热的影响，我们估计了这些行星上存在厚海洋层的可能性。”

研究中的一些行星是众所周知的。比邻星b是距离地球最近的系外行星，使其成为人们强烈猜测和研究的对象。TRAPPIST-1行星几年前被发现时曾成为头条新闻。其他行星，包括TOI700d，都是令人感兴趣的地球大小的系外行星。

在他们的模型中，研究人员基于之前的研究得出了系外行星的结构，该研究表明岩石系外行星可以具有铁核、岩石地幔、由高压冰多晶型物(HPP)组成的层以及表面冰/水层。

根据每颗行星的质量和半径，研究人员确定了28颗行星中每颗行星的水质量分数。这是衡量每个行星质量中有多少是水的指标。该模型得出了每个行星的一系列水质量分数。

某些行星的输入质量和尺寸比其他行星更确定，所得的H2O质量分数集中在相对较窄的范围内，其中H2O质量分数在最大概率的分布中显示出峰值。

作者解释道：“颜色和数字表示所有模拟内部结构中产生特定H2O质量分数范围内的内部结构的比例。”“如果给定行星的大量内部具有较高的H2O质量分数，则图中的值和较浅的颜色会向更高的质量分数范围变化。”

研究人员发现，样本中的所有28颗行星都可能具有全球性的冰或水表面。其中一些甚至不需要气氛。

研究人员写道：“我们的结果表明，所有这些行星都可能具有足够大的H2O质量分数，从而形成全球冰/水表面。”“表面温度高于冰熔点且水质量分数较大的行星，无论是否存在大气层，都可能拥有全球海洋。”

研究表明，表面温度低于熔点的行星仍然可能有水，但会被冰覆盖。他们解释说：“如果这些天体的内部热通量足够高，足以导致HPP层融化，那么这些世界可能蕴藏着地下液态水库。”

该研究的有趣结果之一是TRAPPIST-1行星。由于我们拥有比研究中其他28颗行星更准确的数据，研究人员表示他们的结果更有可能准确。作者解释道：“所有模拟的TRAPPIST-1行星都可能具有延伸的H2O层。”并补充说，需要确定这些层的性质来评估宜居性。

这28颗行星中，有一些拥有大量的水，可能是海洋行星。在这些情况下，水蒸气可以提供足够的大气压力来保护表层海洋。“我们的结果表明Kepler-62f、Kepler-452b和Kepler-442b可能是海洋世界级的成员。”

这项研究有一些弱点，作者很快就指出了这些弱点。一方面，我们对其他太阳系世界的放射性加热的理解是基于我们太阳系的概括。其他太阳系的岩石行星中可能存在更多或更少的放射性元素。

潮汐加热同样具有不确定性。“值得注意的是，潮汐加热很大程度上取决于行星轨道的偏心率，而行星轨道的偏心率在行星的演化过程中会发生变化，”作者解释道。偏心轨道上的行星会经历潮汐加热。但靠近恒星的行星最终会移向圆形轨道，这可以消除该热源。

如果其中一些结果是正确的，那么拥有地下海洋的世界可能比我们想象的还要多。谁知道?也许地球才是最奇怪的。

“地下海洋可能是生命发展的绝佳场所，尽管用我们目前的技术可能很难观察到，”作者总结道。

此类研究无法取代直接观察，但历史表明它们对于完善科学家的思维有多么重要。尽管我们无法充分观察这些行星来确定它们是否有海洋，但至少科学家可以利用他们所知道的知识并努力寻找答案。