行星內部竟會「下雨」？新研究改寫外星世界認知

想像一下，在地球和海王星這類行星的深處，水與氫氣可能並非涇渭分明。美國加州大學洛杉磯分校（UCLA）與普林斯頓大學的最新研究顯示，在極端高溫高壓環境下，這兩種元素會混合甚至形成「行星內部的降雨」，這項發現可能徹底改變我們對系外行星的理解。

傳統理論認為，行星形成時其組成物質（氣體、冰、岩石與金屬）不會產生化學反應。但UCLA與普林斯頓團隊透過超級電腦模擬發現，年輕行星內部的高溫高壓會促使水分子與氫氣發生反應，形成特殊化學混合物，甚至觸發深層「降雨」現象。這項突破性研究已發表於《天體物理學期刊通訊》。

研究共同作者、UCLA行星科學教授拉斯·斯蒂克斯魯德指出：「我們原以為基礎物理化學原理都已完備，但對於行星深處的狀態，現有教科書根本無從查證。」團隊透過量子力學分子動力學模擬，追蹤數百個氫原子與水分子的互動作用，發現新生行星大氣層會形成均勻的氫-水混合體。

隨著行星冷卻，有趣變化開始發生。研究第一作者、現任普林斯頓博士後研究員的阿卡什·古普塔解釋：「在外部大氣層會先形成水雲，而深處的氫與水則開始分離。」這種「內降雨」現象會導致較重的水分子下沉，較輕的氫氣上升，最終形成外氫內水的分層結構，此過程產生的熱能更可能持續影響行星數十億年。

這項發現甚至能解釋太陽系謎題：為何大小相近的天王星與海王星，熱輻射量差異如此巨大？古普塔推測：「海王星內部可能已發生更劇烈的『水降雨』，因而產生更多熱能。」對於系外行星研究更具啟發性，例如被認為可能宜居的K2-18b和TOI-270d，若內部溫度過高，其大氣層與海洋可能根本無法分離，而是維持均勻的氫-水混合流體。

UCLA行星科學教授希爾克·施利希廷強調：「若水與氫實質混合於行星內部，類地與類海王星系外行星的結構演化，將與現行模型預測截然不同。」這項研究不僅建立篩選含水系外行星的物理框架，更為尋找外星生命提供新方向。該研究獲美國航太總署（NASA）、國家科學基金會等機構資助。