灼热的温度，黑色的火山灰柱，喷涌的熔岩喷泉。地球上的火山爆发是生与死的悖论，但与整个被噩梦般的景象所笼罩的行星相比，它们不值一提。
熔岩世界和其他火山活动活跃的天体是我们天文学家发现过的最引人入胜的宇宙目的地，但至今仍是一些最难以捉摸的科学研究对象。当与正在进行的研究相结合时，詹姆斯·韦伯太空望远镜的第一批发现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，康奈尔大学的一个科学家团队利用现有的关于16颗不同系外行星的大气和表面成分数据，通过在地球上进行建模和合成来了解它们的地幔——或内部。他们能够在实验室里制造并冷却来自我们宇宙中其他遥远地方的人造熔岩，而无需火山爆发。
康奈尔大学的研究首席作者、研究地球化学和火山学的工程学教授Esteban Gazel说，鉴于系外行星很难被我们最远的太空探测器触及，因此对这些遥远的行星进行实验性研究很少。他的团队的新研究是首次为潜在的奇异系外行星表面提供一个“成分库”——一个系外行星搜寻者可以在寻找遥远行星和炽热太空环境时引用的构件。在他们的实验室里，Gazel和他的同事们一丝不苟地结合了恒星金属丰度数据、热力学建模算法和物理实验，使用不同剂量的起始化学物质，如氧化镁、氧化铁和二氧化硅，来配制他们的人造熔岩。最终的结果是几种多孔的火成岩，结晶的岩浆，含有可以触摸而不会灼伤皮肤的玻璃和矿物。
最终，天文学家可以利用该团队的熔岩实验数据来解释不同系外行星的内部构成。未来，这份星际指南甚至可能被用来阐明地球炙热的起源。“有那么多系外行星处于不同的演化阶段，”Gazel说。“如果我们能弄清楚它们的成分，就能为我们提供大量关于我们的行星是如何演化的信息。”
在闪耀的蓝色海洋和高耸的绿色森林出现之前，地球也曾是一颗熔岩行星——炽热且不适宜居住。在其45亿年的生命历程中，地球可能一度类似于其他超大号地球的地狱景观，例如距离地球41光年的55 Cancri e。如今，我们知道火山对于生命的产生和维持至关重要，因为这些活跃的过程有助于大气冷却、陆地形成，并将死寂的土壤重新变成肥沃的土地。
虽然利用其他行星来研究我们炙热的起源并非新鲜事，但人们自然会期望外星行星拥有我们无法在地球上复制的异星元素——化学化合物或材料。然而，该研究的合著者、康奈尔大学卡尔·萨根研究所所长兼天文学副教授Lisa Kaltenegger表示，情况并非如此。她解释说，尽管肉眼看起来可能不同，但我们天体邻域中的许多行星和恒星实际上拥有相同的宇宙成分，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形成行星的圆盘，”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利用地球上容易获得的化学材料，创造出所有16种人造表面。Kaltenegger说，他们的工作才刚刚开始描绘宇宙的宏大图景，并且会不断改进。他们计划纳入詹姆斯·韦伯太空望远镜的系外行星数据，这些数据将随着时间的推移变得越来越精确。
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尽管望远镜首次发布数据以来存在一些校准问题，太空望远镜科学研究所的天文学家Karl Gordon表示，任何任务都会出现这种小挫折。他说，唯一不同的是科学家们对数据的处理速度。“校准最贴切的比喻就是它呈指数级增长，”他说。“刚开始的时候，它不是那么好，然后它会很快变得越来越好。”
Kaltenegger也同意，校准问题只是“垫脚石”，随着JWST任务的继续，这些问题将逐渐得到解决。
“我认为我们花在数据上的时间越多，我们就能越好地找出我们甚至还没有看到的细微差别，”她说。
更正（2022年10月5日）：故事中的信息最初暗示了新研究使用了JWST的数据。我们已更新措辞，以澄清该团队计划在未来的实验中使用JWST数据。本故事的早期版本错误地拼写了Esteban Gazel的名字。我们对此错误表示歉意。
