工程师制造合成外星熔岩以了解不适合居住的世界

灼热的高温、暗色的火山灰柱、喷涌的熔岩喷泉。地球上的火山喷发是生与死的矛盾，但与整个星球在这样的噩梦中被防腐处理相比，它们算不了什么。

熔岩世界和其他火山活动天体是天文学家迄今发现的最迷人的宇宙目的地之一，但仍然是科学上最难以捉摸的目的地之一。詹姆斯·韦伯太空望远镜的首批发现与正在进行的研究相结合，可能会更详细地揭示它们的秘密。在即将出版的《皇家天文学会月刊》上，康奈尔大学的一组科学家利用现有的大气和表面成分数据，通过在地球上对 16 颗不同系外行星的地幔（或内部）进行建模和合成，了解了它们的地幔。他们能够在实验室内从我们宇宙中其他遥远的地方制造和冷却人造熔岩，而无需火山喷发。

鉴于即使我们飞行距离最远的太空探测器也难以到达系外行星，因此很少有人对这些遥远的世界进行过实验研究，这项研究的主要作者、康奈尔大学研究地球化学和火山学的工程学教授 Esteban Gazel 说。他的团队的新研究首次为潜在的奇异系外行星表面提供了一个“成分库”——一套构建模块的卡片，系外行星猎人可以在寻找遥远行星和炽热的太空环境时参考它。在他们的实验室里，Gazel 和他的同事们精心结合恒星金属丰度数据、热力学建模算法和物理实验，使用不同测量值的起始化学物质（如氧化镁、氧化铁和二氧化硅）来搅拌合成熔岩批次。最终的结果是几块多孔火成岩，结晶的岩浆中含有玻璃和矿物质，你可以触摸它们而不会灼伤你的四肢。

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最终，天文学家可以利用该团队从熔岩实验中获得的数据来解释不同系外行星的内部构造。未来，这本行星际手册甚至可以用来揭示地球炽热的起源。“外面有很多处于不同进化阶段的系外行星，”盖泽尔说。“如果我们能弄清楚它们的成分，它将为我们提供大量有关地球如何进化的信息。”

在闪闪发光的蓝色海洋和高耸的绿色森林出现之前，地球也是一颗熔岩星球——熔岩化且不适合居住。在其 45 亿年的生命周期中，地球可能曾一度像其他超大地球一样，如距离地球约 41 光年的巨蟹座 55 e，其地貌如地狱般可怕。如今，我们知道火山对于生命的产生和维持至关重要，因为这些挥发性过程有助于大气冷却、土地形成，并再次将死土变成肥沃的土地。

虽然利用其他行星来研究我们的热起源并不是什么新方法，但人们自然会认为外星行星上可能存在外来元素——我们无法在地球上复制的化合物或物质。然而，这项研究的合著者、康奈尔大学卡尔萨根研究所所长兼天文学副教授丽莎·卡尔滕内格说，事实并非如此。她解释说，虽然肉眼看起来可能不同，但我们天体附近的许多行星和恒星实际上都含有相同的天体成分，只是排列方式不同。

“当我们观察其他恒星时，我们会看到它们周围的圆盘，这些圆盘构成了行星，”她说。“到目前为止，在这些圆盘中，我们还没有发现任何我们无法解释的东西。”这意味着他们的团队能够用地球上很容易找到的化学材料创造所有 16 个合成表面。卡尔滕内格说，他们的工作才刚刚开始描绘出一幅更大的宇宙图景，而且只会继续改进。他们计划从詹姆斯韦伯太空望远镜中获取系外行星数据，这些数据将随着时间的推移变得更加精确。

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尽管自望远镜首次发布数据以来，校准过程中出现了一些问题，但太空望远镜科学研究所的天文学家卡尔·戈登 (Karl Gordon) 表示，任何任务都可能出现这种小挫折。他说，这次唯一的不同在于科学家们对数据的处理速度有多快。“描述校准的最佳方式是指数级增长，”他说。“一开始，情况不太好，然后很快就变得越来越好。”

卡尔滕内格同意校准问题仅仅是“垫脚石”，随着詹姆斯·韦伯太空望远镜任务的继续，这些问题将开始逐渐明朗。

她说：“我认为，我们处理数据的时间越长，我们就越有可能发现尚未发现的细微差别。”

更正（2022 年 10 月 5 日） ：报道中的信息最初暗示这项新研究使用了 JWST 的数据。我们更新了措辞，以澄清该团队计划在未来的实验中使用 JWST 数据。该报道的早期版本拼错了 Esteban Gazel 的名字。我们对这个错误深表遗憾。