利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）上的中红外仪器（MIRI），一个由前MPIA博士生Sebastian Zieba（现任职于哈佛与史密森尼学会）和MPIA主任Laura Kreidberg领导的国际团队，窥探了岩石系外行星LHS 3844 b的表面成分。这项研究超越了常规的大气研究，深入探讨了围绕其他恒星运行的行星的地质学——毕竟，凭什么只有我们的太阳系才能独享乐趣？研究结果发表在《自然·天文学》上。
LHS 3844 b是一颗岩石世界，比地球大约30%，它围绕一颗冷红矮星公转一周只需不到11小时。它离恒星极近——仅位于恒星表面上方约三个恒星直径处——并且被潮汐锁定，意味着它的一面永远朝向恒星，而另一面则陷入永恒的黑暗。白昼侧的平均温度约为1000开尔文（约725°C或1340°F）。这个系统相对较近，距离我们48.5光年（14.9秒差距）。
“多亏了JWST惊人的灵敏度，我们能够探测到直接来自这颗遥远岩石行星表面的光，”Kreidberg说。“我们看到一块黑暗、炎热、贫瘠的岩石，没有任何大气层。”所以，这绝对不是一个度假胜地。
它黑暗的外观表明它可能像一个放大了的月球或水星。这一结论来自分析行星炽热白昼侧发出的红外辐射。科学家无法直接对该行星成像；相反，他们测量行星在轨道上运行时，恒星和行星联合光的细微亮度变化。
MIRI检查了5到12微米之间的红外发射，将光分解成更小的波长间隔，从而生成一个光谱——本质上是一道彩虹，揭示了光的分布方式。来自斯皮策太空望远镜的早期数据加强了这一分析。
研究团队将他们的观测结果与计算机模型以及来自地球、月球和火星的已知岩石库进行了比较。这些比较显示，LHS 3844 b缺乏像地球那样的地壳——地球地壳通常富含硅酸盐矿物，如花岗岩。这并不奇怪，因为地球在太阳系中拥有这样的地壳是独一无二的。在地球上，富含硅酸盐的地壳是通过长期的构造活动和水的作用形成的，涉及岩石的反复熔融和再循环。
“由于LHS 3844 b缺乏这样的硅酸盐地壳，我们可以得出结论，类似地球的板块构造不适用于这颗行星，或者它不起作用，”Zieba说。“这颗行星可能只含有很少的水。”
数据指向的表面不是花岗岩，而是玄武岩或地幔状岩石，类似于在地球或月球上发现的火山物质。研究人员发现，大面积的固体玄武岩或岩浆岩与数据最匹配。这些岩石富含镁和铁，可能含有橄榄石。破碎的岩石碎片（如砾石）也相当吻合，而细粉或单独的尘埃则不匹配——它们会太亮。
由于没有大气层保护，这颗行星不断暴露在强烈的辐射和陨石撞击中。这些过程会分解岩石并改变其表面。
“事实证明，这些过程不仅将坚硬的岩石缓慢溶解成风化层——一种在月球上发现的细颗粒或粉末层，”Zieba解释说。“它们还通过添加铁和碳使该层变暗，使风化层的性质与观测结果更加一致。”
数据支持两种可能的情景。第一种：以相对新鲜的固体玄武岩为主的景观，表明近期有地质活动，如广泛的火山活动。第二种：由长期太空风化形成的黑暗表面，产生了类似月球或水星的广泛暗化风化层——暗示这颗行星在很长一段时间内没有地质活动。
这些可能性主要区别在于该行星是否仍然活跃。在地球上，火山过程会释放二氧化硫（SO2）等气体。如果LHS 3844 b目前活跃，MIRI很可能已经探测到这种气体。但没有发现这样的信号。