自从1992第一颗系外行星被确认以来，天文学家们发现了太阳系以外的数千个星球。随着越来越多的发现不断发生，系外行星的研究重点开始从系外行星的发现缓慢地转移到系外行星的特征描述。基本上，科学家们现在正在寻找确定系外行星的组成，以确定是否可以维持生命。
这个过程的一个关键部分是计算出太阳系外行星上存在多少水，这是我们所知道的生命所必需的。在最近的一次科学会议上，一组科学家提出了新的研究，表明水很可能是这些外行星的主要组成部分，这些外行星的大小是地球的两到四倍。这些发现将对寻找太阳系以外的生命产生严重的影响。
这项研究是2018年在波士顿举行的戈德施密特会议上题为“行星尺寸分布的增长模型解释”的演讲会的主题。在题为“极端大气从热系外行星逃逸的作用”的研讨会上，研究小组展示了一些发现，这些发现表明水世界可能比先前想象的更加普遍。
艺术家对水世界的描绘。一项新的研究表明，地球质量和半径的许多倍的行星可能是水世界
这些研究结果基于开普勒太空望远镜和盖亚任务的数据，这些数据由哈佛大学地球与行星科学系研究员李增博士领导的国际科学家小组进行分析。正如他们所指出的那样，开普勒任务已精确测量了超过4000个系外行星候选者的半径，以及它们的轨道周期和其他参数。
艺术家对具有两颗自然卫星的假想海洋行星的假想图
这些候选系外行星可以分为两个大小类别：具有地球半径1.5倍的那些和平均大约2.5个地球半径的那些。结合盖亚任务的质量和近期半径测量结果，该团队能够研究出这些行星内部结构的模型。虽然属于前一类行星的行星更多被认为是多岩石的，但后一类行星通常被认为是从超地球到海王星大小的气体巨星。
然而，根据李和他的同事们开发的模型，许多被证实为地球两到四倍大小的系外行星实际上可能是水世界。在这些行星上，大约50%的质量由水组成，而水仅占地球质量的0.2%。正如李增博士在演讲过程中所解释的：
“意识到一定有这么多的水世界真是令人惊讶……我们已经研究了质量与半径的关系，并开发了一个可以解释这种关系的模型。”该模型表明，那些半径约为x1.5地球半径的系外行星往往是岩石行星(通常为地球质量的x5)，而那些半径为x2.5地球半径(质量约为地球的x10)的系外行星可能是水世界。
艺术家对具有两颗自然卫星的假想海洋行星的假想图
然而，当考虑这些行星的轨道特性（即它们与它们各自的恒星的轨道有多近）时，一个非常有趣的景象开始出现。正如李所解释的，这些“水世界”并不是被深海覆盖的岩石行星，而是一种全新的行星，在太阳系里没有与之类似的行星。
艺术家对“眼球”行星的假想，一个水面世界，朝阳的一面能够保持液态海洋
“这是水，但不像地球上常见的那样。他们的表面温度预计在200到500摄氏度范围内，“他说。“它们的表面可能被水蒸气控制的大气层覆盖，下方有液态水层。进一步深入，人们会发现在我们到达坚固的岩石核心之前，这种水会转变为高压冰。模型的美妙之处在于它解释了构图与这些行星的已知事实之间的关系。“
或许更令人惊讶的是这些行星似乎非常常见。根据他们的研究，李和他的同事指出，大约35％的大于地球的已知系外行星应该是富含水的。此外，他们假设它们可能以类似于人们认为的气体巨星的核形成的方式形成——一个由压力形成的挥发性物质层包围的岩石核。
当然，这一发现对于寻找太阳系以外的生命具有重要意义。直到现在，我们知道水对生命至关重要的观点已经成为科学家们的定论。但是，如果这项研究是正确的，那么看起来水在系外行星上比之前要丰富得多，而且据我们所知，水可能是生命的障碍。
艺术家对“眼球”行星的假想，一个水面世界，朝阳的一面能够保持液态海洋
如果水世界确实包含炎热，潮湿的大气层，以及靠近核心的致密冰层，那么生命就很难在这些世界中出现。基本上，极端的高温和缺乏足够的阳光，热液活动和土地群将会形成一个非常恶劣的环境。然而，该研究确实提供了一些有趣的可能性，当涉及到外行星的特征并看到那里有什么。
展望未来，李和他的同事们希望新发射的过境系外行星测量卫星（TESS）能够找到更多这些水世界。接下来将是地面望远镜 - 以及即将推出的詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST），它将提供光谱测量，帮助科学家描绘这些行星的成分和大气。
正如麻省理工学院（MIT）行星科学教授，TESS任务副科学主任Sara Seager教授所说：
“令人惊讶的是，神秘的中等大小的系外行星可能是水含量巨大的水世界。希望未来的大气观测——厚蒸汽环境可以支持或驳斥新的发现。
与此同时，仍有大量的岩石世界有待探索，寻找生命的迹象！
