月球斑点、坍缩星和长周期行星

近期具有天体生物学意义的研究综述

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点


月球斑点

地球月球的起源一直是一个谜。解决这个难题对于行星形成的本质、地球的地球物理学和地球化学历史,以及对于宇宙中小型岩石世界我们称之为宜居性的难以捉摸的品质都具有深远的影响。

本质上,问题是月球和地球的岩石部分如何在元素组成上如此相似。最受青睐的假说是,大约45亿年前,地球的早期版本被另一个行星级物体撞击。那次“巨大撞击”可能混合了两个物体的物质,并且当月球从碎片中组装起来时,它自然会与较大的地球共享成分。


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但是,要使这个图景的所有方面都与观测到的地月系统的特性相吻合并非易事。这为其他可能性留出了空间,例如“合体体”的想法,即地球和月球都是从更大的原始行星碰撞留下的同一团旋转的熔融污垢云中形成的。现在,Hosono等人提出了另一个建议,即确实发生了碰撞,但当时的地球已经是一个熔融的世界 - 一个岩浆海洋。与其说是巨大撞击,不如说是一次巨大飞溅,这使得早期地球的物质更容易被抛入轨道,从而聚结成成分几乎相同的月球。

解开我们眼皮底下的奥秘的挑战,令人清醒地提醒人们,在了解行星历史方面存在着复杂的问题。

坍缩星

正如我最近的一篇文章这里所写,地球上某些重元素的起源近来受到了天体物理学界的广泛关注。研究人员特别关注r-过程元素,它们被认为是在强烈的强子通量环境中形成的。自从探测到中子星碰撞的引力波以来,这些“千新星”事件已成为产生银河系中大部分黄金、铂和铀的热门选择(无双关之意)。

但还有其他选择。 Siegel、Barnes和Metzger发表在《自然》杂志上的一项新研究表明,一种更为罕见的天体物理事件——“坍缩星”——实际上可能符合主导r-过程元素产生的条件。坍缩星是一颗快速旋转的大质量恒星,它最终坍缩并产生超新星。作为这一过程的一部分,会形成一个物质盘,在中心质量上旋转和吸积。该星盘类似于中子星合并中的环境,据认为那里会产生大量的r-过程元素。事实上,正如这项研究表明的那样,坍缩星事件可能会喷射出更多的这些重元素。结果是,尽管它们很罕见,但坍缩星可能会产生宇宙中超过80%的r-过程元素。

最终哪种现象会胜出还有待观察。最重的元素在行星的形成和地球物理历史中发挥着至关重要的作用,因此了解它们的起源具有广泛的意义。

长周期行星

关于系外行星有一个肮脏的、不是那么秘密的秘密:迄今为止,我们的大部分发现都强烈偏向于轨道相对较小、周期较短的行星。简单的原因在于,诸如凌星探测或视向速度测量等技术通常需要捕获重复轨道,或者需要很长的数据时间线,才能对出现的行星的真实性有信心。

但是,正是这些更长周期的行星——类似于我们太阳系中木星或土星等行星——对于检验我们关于行星形成的想法,以及填补一个系统是否具备在其任何世界支持生命的合适条件方面的空白至关重要。

寻找像这样的行星需要耐心和前瞻性的规划。现在,Rickman等人的一项研究利用日内瓦大学位于智利拉西拉天文台的EULER望远镜进行了20年的天文观测,取得了成果。具体来说,该团队揭示了五颗新发现的天体,它们围绕恒星运行的轨道周期在15到40年之间。其中三个是巨大的气态巨行星,两个可能是质量超过木星十倍的褐矮星或次恒星天体。

我们正在慢慢开始填补我们对所有系外行星的知识空白,而不仅仅是最方便的那些。

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