类似地球的行星可能由碳构成

系外行星可能由石墨和钻石构成吗?

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天文学是一门研究奇异事物的科学,但天文学家最想找到的是熟悉的事物:另一颗类似地球的行星,一个在充满敌意的宇宙中适宜居住的面孔。去年三月发射的开普勒探测器是他们迄今为止发现类地行星的最佳工具,这些行星围绕着类太阳恒星运行,而不是行星探测者迄今为止主要收获的巨行星。许多人预测2010年将是系外地球年。但如果与天文学家预期截然不同的巨行星有任何指示意义的话,那么这些地球可能也不会那么令人安心地熟悉。

近年来,理论学家们意识到,其他地球质量的行星可能是巨大的水滴、氮球或铁块。说出你最喜欢的元素或化合物,就会有人想象出一颗由它组成的行星。可能性的范围很大程度上取决于碳氧比。氢和氦之后,这些是宇宙中最常见的元素,在胚胎行星系统中,它们结合形成一氧化碳。略微过量的元素最终主导了行星的化学成分。

在我们的太阳系中,氧气占主导地位。虽然我们倾向于认为我们的星球是由碳定义的,生命的基础,但实际上碳元素只是一个相当小的组成部分。类地行星由富含氧的硅酸盐矿物构成。外太阳系富含另一种富氧化合物——水。


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一项新的研究详细展示了碳是如何落败的。亚利桑那大学和行星科学研究所 (PSI) 的 Jade Bond、亚利桑那大学的 Dante Lauretta 和 PSI 的 David O’Brien 模拟了化学元素在太阳系形成过程中是如何分布的。他们发现,碳在原行星盘中保持气态,最终被吹入深空; 胚胎地球最终完全没有碳。我们身体中的碳一定是后来由小行星和彗星带来的,这些小行星和彗星在允许它们结合碳元素的条件下形成。

正如当时在普林斯顿大学的 Marc Kuchner 和当时在华盛顿卡内基研究所的 Sara Seager 在 2005 年提出的那样,如果碳氧平衡向另一个方向倾斜,地球将会变得非常不同。它将不是由硅酸盐组成,而是由碳基化合物组成,例如碳化硅,甚至纯碳本身。地壳将主要由石墨组成,在地下几公里处,压力将足够高,可以形成坚硬的钻石和其他晶体外壳。这颗行星将不会有水冰,而是会有一氧化碳冰或甲烷冰;它可能不会有液态水,而是会有焦油海洋。

星系可能充满了这样的世界。 Bond 引用的一项观测调查显示,行星主恒星的平均碳氧比高于太阳,她的团队的模拟预测,最富集的系统会诞生碳行星。 Bond 说:“其中一些成分与太阳系差异很大,因此产生的类地行星具有截然不同的成分。”

可以肯定的是,其他调查发现太阳与同类恒星中的平均恒星没有区别。开普勒探测器可能有助于解决这个问题,因为即使是它可以收集到的关于行星的有限信息——它们的质量和半径——也足以判断它们的总体成分。

碳地球可能在更奇异的环境中特别普遍,例如白矮星和中子星周围。星系中通常富含重元素的区域,例如银河系中心,具有较高的碳氧比。随着时间的推移,恒星继续制造重元素,各地的平衡都将向有利于碳的方向倾斜。

这些和其他天文发现颠覆了我们对熟悉和陌生的概念。星系的大部分是暗物质; 大多数太阳都比我们的太阳更暗更红; 现在看来,其他地球可能并不特别像地球。如果有什么偏离常态并值得称之为奇异,那就是我们自己。

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