高压下岩浆与氢气反应造出湿润行星

水是行星的重要组成部分，也是其潜在宜居性的关键因素。太阳系中，内行星多为干燥岩石质，外行星如天王星、海王星被认为是“冰巨星”，传统观点认为富水行星形成于太阳系外侧“雪线”以外，通过迁移到达近恒星轨道。然而，NASA的开普勒任务发现了大量近距过境的亚海王星行星（大小介于地球和海王星之间，半径1-4倍地球半径），其中半径2-4倍地球半径的行星通常被认为具有岩石金属内核，外层包裹着以氢或水为主的包层，其成分和形成过程一直不明确。

本研究通过高压实验模拟亚海王星行星的核-包层边界环境，利用金刚石对顶砧结合脉冲激光加热技术，在高压（最高42吉帕）和高温（最高3000开尔文）条件下，使硅酸盐熔体（如橄榄石、铁橄榄石）与富氢流体发生反应。实验发现，温暖致密的氢流体与硅酸盐熔体反应时，会释放出硅并形成合金和氢化物，同时硅酸盐中的氧与氢结合生成大量水——含水量可达百分之几十（重量百分比），远高于低压理想气体模型的预测值（高出2000-3000倍）。

这一发现对亚海王星行星的形成演化具有重要意义。对于质量3-10倍地球、氢氦包层占比2-20%的亚海王星，其核-包层边界的压力和温度条件与实验条件相符，且内核硅酸盐可长期保持熔融状态（数十亿年），使反应能持续进行。氢在硅酸盐熔体中的高溶解度及行星内部的对流作用，进一步促进反应向深层发展。因此，富氢亚海王星可通过内部反应生成不同含量的水，部分甚至可演化为富水行星，表明富氢与富水亚海王星存在演化关联，富水行星未必需要从太阳系外侧迁移而来。

该研究挑战了传统认知：探测到系外行星大气中大量水，不一定能作为其源于外太阳系迁移的证据，行星成分与形成位置之间的固有联系受到质疑。此外，若亚海王星在失去氢包层时保留了水，可能形成表面有水的岩石行星；内核储存的水也可能在行星冷却固化后释放，形成次生大气和水圈。系外行星中镁硅比的差异还会导致水生成量不同，进一步丰富了行星的多样性。