宇宙的天体，有着与地球完全不同的环境与气候。（示意图/图片来源：Adobe Stock）
地球上的气象偶尔会出现异象，历史上曾出现血雨与动物雨等特殊现象，到了地外行星上，气候形态更显得奇特，甚至出现被称为“钻石雨”的天文现象。
遥远天体的奇观
钻石在地球上是一种昂贵且稀有的矿物，由纯碳在高压高温环境下形成。2020年的相关报导指出，科学家针对有“冰巨行星”之称的天王星与海王星进行研究，探讨内部是否存在所谓的“钻石雨”。德国物理学家多明尼克‧克劳斯表示，研究团队在美国史丹佛大学SLAC国家加速器实验室进行实验，尝试重现海王星核心的高压环境。
实验中，研究人员使用含碳量较高的苯乙烯取代行星中的甲烷分子，先施加热量与压力，再透过雷射模拟冲击波，产生约4726°C高温与150万大气压的环境，相当于约250只非洲象的重量压在针尖上。结果显示，在高压条件下氢原子脱离，碳原子聚合形成纳米级钻石。
研究指出，若此现象发生于天王星与海王星，可能形成更大的钻石，甚至达数百公斤的规模。不过这些钻石预期为球形，并含有杂质，会逐渐沉入行星核心。若在核心高温区域可能融化，形成碳海中的“钻石冰山”，钻石下沉时所释放的热量，类似流星穿越地球大气层时产生的高温效应。
到了2022年，《科学进步》期刊发布新的研究成果。科学家在碳氢混合物中加入氧气，认为宇宙中的钻石雨可能比过去预估更加普遍。研究团队使用食品包装常见的PET塑胶材料，在实验室中以高功率光学雷射照射，观察纳米钻石的形成过程。这种方法不同于传统利用炸药的方式，被视为更干净的制造途径，未来或可应用于医学与研究领域。
此外，《自然·天文学》期刊刊载的研究指出，SLAC国家加速器实验室的蒙戈·弗罗斯特博士利用强烈的X射线脉冲挤压聚苯乙烯泡沫塑胶，成功在较为温和的条件下模拟钻石形成。研究表明，钻石可能在与天王星、海王星较浅区域相似的温度与压力下形成，甚至是规模更小的气态矮星迷你海王星，也可能出现钻石雨现象。
这项研究同时指出，钻石雨的形成可能对行星磁场结构产生影响，显示其不仅是物理现象，也与行星内部动力学息息相关。
超过100°C的海洋
宇宙中除了极端高压形成的钻石雨之外，科学家在距离地球73.3光年的红矮星“TOI-270”（又称L 231-32）系统中，发现具特殊环境的行星。TOI-270位于绘架座内，质量约为太阳的39%，半径约38%，表面温度超过3000°C。
2019年，科学家透过凌日系系外行星巡天卫星观测，确认该系统目前已知包含三颗行星：最内层的“TOI-270 b”，被视为超级地球；外层两颗则为迷你海王星，分别命名为“TOI-270 c”与“TOI-270 d”。TOI-270 d位于最外层，是研究焦点之一。透过哈勃空间望远镜观测，科学家发现该行星大气层含有丰富氢气，可能存在水蒸气。后续利用NASA的韦伯太空望远镜观测数据，以及英国剑桥大学研究团队的分析，发现其大气中含有水蒸气、二氧化碳与甲烷等化学特征。
剑桥大学天文学研究所的尼库·马杜苏丹教授是“海星行星”一词的创造者，同时也是该研究主导者，他指出，TOI-270 d的表面可能被完整海洋覆盖，而且海洋温度可能超过100°C。在高压环境下，这片高温海洋仍可能维持液态状态，而非立即气化。马杜苏丹教授形容，这种环境甚至足以用来烹煮食物，但并不意味着适合人类居住。
然而，加拿大研究团队提出不同观点。他们认为TOI-270 d的表面温度可能高达至少4000°C，在如此高温条件下，不可能存在液态水。该团队指出，行星可能处于高温高压状态下，水会呈现“超临界流体”形态，当温度与压力超过临界点时，气体与液体性质趋于相似，形成均匀相流体现象。
从天王星与海王星的钻石雨，到73.3光年外可能被一片灼热海洋覆盖的行星系统，科学家透过实验室模拟与太空望远镜观测，不断揭示宇宙中极端环境的真实样貌，也显示宇宙中存在远超地球范围的自然法则。
