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科学家发现一颗古老的“超级地球”

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茫茫宇宙中,演化出生命的地球是唯一的吗?为了寻找答案,科学家一直在探测与地球类似的岩质行星——类地行星。它们大多处于其主星的宜居带内,可能有着适宜生命诞生及生存的环境条件。

1月12日,据国外媒体报道,一个国外研究团队发现了一颗“超级地球”TOI-561b。研究人员推测,TOI-561b的体积要比地球大50%,质量大约是地球的3倍,但密度却和地球差不多。

一般而言,一颗行星越老,它的密度可能就越小,因为在它形成时没有那么多的重元素可用,所以,研究人员认为,TOI-561b是迄今为止发现的最古老的岩质行星之一,它的存在表明宇宙或从140亿年前就开始形成岩质行星。

行星形态各异,或源于诞生位置的不同

“超级地球”可能存在着与地球一样的岩质地表结构。但行星并非只有岩质行星一种,还有气态巨行星等。这些不同结构、不同特性的行星是如何形成的呢?

中国科学院云南天文台研究员郭建恒向科技日报记者解释说:“一般认为,在行星形成过程中,会先形成一个密度较高的金属或者岩石内核,这个内核进一步吸积周围的气体,进而形成行星。”

同样的诞生过程,为何会形成不同形态的行星?中山大学副教授刘尚飞表示,气态巨行星和岩质行星形成的时间和位置不同。气态巨行星形成于行星系统较早期,其形成时所处的位置距离主星较远,以太阳系为例,大约是3—4倍日地距离以上,此时原行星盘有较多的气体,因而当自身形成一个较大的金属核后可以大量吸积气体形成从而形成质量像木星那么大的气态行星。

而岩质行星则一般是在原行星盘气体消散后,在距离主星较近的位置,即3—4倍日地距离以内,由很多较小的行星胚胎在贫气体环境中经过大量的碰撞后形成的。郭建恒解释道,在这个过程中,行星外壳处在熔融状态,会持续释放出富含水、二氧化碳和甲烷等气体,形成次生大气,太阳系内岩质行星的大气成分,就被认为和这一过程有关。而且,对于较小质量的行星,由于其自身引力较弱,还会导致两种结果:一是其吸积的气体质量有限;二是其吸积的气体可能在主星的“光致蒸发”作用下逃逸,从而形成一颗没有大气或者薄气体包裹的天体。所谓“光致蒸发”,即由于受到主星强烈的辐照,行星的气体包层经过长期的演化可能会损失殆尽。TOI-561b很可能就是一颗这样的天体,它离主星的距离只有地球到太阳的百分之一,因此在主星长时间的强辐射下,大部分氢氦气体的包层被蒸发了,留下了目前所看到的,几乎是岩质的行星。

金属含量不同,或能揭示行星形成机制

TOI-561b的年龄大约为100亿年。在它形成的时候,其主星周围的重元素丰度可能相对较小,因此有一种可能是不容易形成铁镍的金属内核。但组成岩石的化学元素是足够的,因此形成了岩质内核。不过,郭建恒也提醒道,由于TOI-561b的平均密度和地球差不多,并不能完全排除它的内部有一个小的金属核心。

那么,TOI-561b上是否有生命存在的可能性呢?郭建恒坦言,包括TOI-561b在内,目前发现的绝大多数“超级地球”距离恒星都非常近,极高的温度以及强烈的辐射可并不是生命的“福音”。

科学家普遍猜测,在“超级地球”形成的时候,其岩质内核外是有氢氦气体包层存在的,或许正是由于“光致蒸发”作用,让一颗行星即使在形成之初拥有类似气态巨行星那样的浓厚气体包层,在经过长期的“光致蒸发”作用后,仍可能只剩下一颗裸露的行星核。

TOI-561b的发现,预示着宇宙早期行星或存在“光致蒸发”现象。

科学家推测,“超级地球”不应该在距离恒星如此近的位置诞生。导致这一现象的原因,很可能是“超级地球”原本在距离恒星相对较远的地方形成,然而通过某种方式“迁移”到目前的位置,“迁移”的具体机制目前尚无定论。

行星是伴随恒星诞生的,如果一颗恒星形成在宇宙极早期,那么通过恒星内部核反应和超新星爆炸产生的铁镍等重元素不够多,形成恒星和行星的物质中包含的铁镍等重元素自然也不够多。因此,可以推论出围绕其运行的行星岩质成分较多,平均密度较低。同理,如果一颗恒星形成在宇宙诞生更晚的时间,那么形成恒星和行星的物质中包含的铁镍等重元素足够多,更容易形成含铁镍的金属内核,行星的平均密度也比较高。

因此,行星形成的环境和恒星的演化及爆发现象密切相关,此次研究对于探索行星的形成和起源具有一定的推动作用,即这些古老的行星是如何在较低重元素的环境下形成的,与那些在高重元素环境下形成的行星相对比,能够帮助我们更好地探索行星的形成机制。


文章分类: 环球科技动态
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