(图片来源：Louise Lerner) 在神秘的小海王星系外行星的压力锅中形成的大量烟灰云可能揭示这些世界起源的真相。关于这项研究的首席作者，芝加哥大学的杨志勋在声明中表示：“这就像行星深大气层中有一个天然柴油发动机。” 杨在化学工程方面获得博士学位，研究燃烧发动机的排放，然后转向研究系外行星大气的化学。柴油发动机的废气中充满了由称为PAHs（多环芳烃）组成的蜂巢状颗粒的黑烟。PAHs是宇宙中最常见的碳基化合物之一，通常在我们燃烧物质时产生。（你烧焦的吐司上的黑色炭？那也是由PAHs组成的。）在化学方面，一些系外行星的大气更为神秘。以小海王星为例——这些行星的大小介于地球与海王星之间，发现它们轨道靠近自己的恒星。尽管它们是迄今为止发现的最常见类型的系外行星，但关于这些中型世界的性质争论仍在继续。它们是像木星一样富含氢气的气态巨星的微型版本吗？它们真的是海王星和天王星的小型版本，富含水等挥发性物质吗？或者它们可能是可居住的海洋世界，密集的氢气大气掩盖着全球海洋？没有人能肯定地说，而它们的特性可能变化多样，三者都可能适用。然而，有一点是大家所认同的，那就是小海王星并没有像现在这样靠近自己的恒星形成；相反，它们是在更远的地方形成，然后迁移到现在的位置。如果我们能回答它们形成时距离恒星有多远，这可以告诉我们它们可能是什么样的世界。不幸的是，探测这些世界大气的化学成分并没有太大帮助，因为这些大气似乎是不透明的，隐藏了行星的真实成分。科学界的共识是，这种不透明性是由掩盖大气的模糊云层造成的，但云中是什么类型的气溶胶颗粒呢？当杨看到詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）每次观察小海王星时产生的无特征光谱时，他注意到数据中的一个明显曲线，立即识别出像是燃烧发动机光谱中所看到的曲线。当碳、氢和氧在高温下反应时，PAHs就可以形成；这种反应通常还伴随着高压，正如一些小海王星深层大气中的条件。杨怀疑，燃烧发动机中发生的相同反应可能自然地在某些小海王星内部发生，产生PAHs，这些PAHs聚合成烟雾云，然后由于热对流流动而上升到更高的大气层。我们所看到的看似不透明的大气实际上可能是模糊的、覆盖整个行星的烟灰云。尽管烟灰可以解释为什么JWST观察到无特征光谱，但它也可能帮助解决一个更深刻的谜团：小海王星是从哪里形成并迁移过来的？艺术家对小海王星的印象。（图片来源：NASA/ESA/CSA/D. Player (STScI)）行星在气体和尘埃的盘中形成，这些盘的性质因与中央恒星的距离而异。以我们的太阳系为例，离太阳更近的盘中发现了更重的金属和硅酸盐材料，而离得更远的盘中则发现了更轻的气体和冻结的挥发物质，如水冰和二氧化碳冰。内行星是岩石的，木星和土星由氢和氦等轻气体构成，而天王星和海王星则富含冻结的挥发物质。确定小海王星烟灰中碳与氧的比率可以作为它们形成时距离恒星的远近的衡量，因此可以推断它们的粗略特性。我们最终可以区分不同类型的小海王星。这也可能提供线索，说明为什么尽管它们是银河系中最常见的行星类型之一，但我们的太阳系中没有小海王星。如果杨与他的芝加哥同事Eliza Kempton和Arjun Savel进行的发现是准确的，那么它们展示了跨学科方法如何提供新的答案。“就我所知，这是第一次有人将化学工程应用于系外行星研究领域，”杨说。“我认为这是一个很好的案例研究，展示了来自不同背景的人们如何帮助我们解开这些谜团。”这些发现已于5月18日发表在《天体物理学期刊快报》上。Keith Cooper是一名在英国的自由科学记者和编辑，并拥有曼彻斯特大学的物理和天体物理学学位。他是《接触悖论：在寻找外星生命时挑战我们的假设》的作者。