之前未見過的奇怪巖石行星

巖石行星，前所未見的奇怪

這是藝術家對奇怪的巖石系外行星的插圖，或來自在白矮星周圍破碎的巖石行星的碎片。 一項針對 23 顆白矮星的新研究表明，其中許多巖石行星的組成比我們太陽系中的任何行星都更奇怪。圖片來自NOIRLab/ NSF/ AURA/ J. da Silva/ W. M. Keck天文臺。

系外行星——圍繞其他恒星運行的世界——似乎散布在我們的銀河系中。天文學家預計它們的數(shù)量有數(shù)十億。這些世界中有很大一部分是由巖石構成，例如我們太陽系中的地球或火星。 但它們相似嗎？來自 NOIRLab 和加州州立大學弗雷斯諾分校的研究人員在2021年11月2日宣布，有許多奇怪的巖石系外行星，與我們太陽系中發(fā)現(xiàn)的任何行星都不相同。

研究人員分析了這些行星解體后“污染”了主恒星大氣的元素殘骸——被稱為白矮星的進化恒星。同行評審期刊《自然通訊》于11月2日發(fā)表了有趣的結果。

白矮星提供研究線索

由 Keith Putirka 和 Siyi Xu帶領的研究人員通過研究距離地球650光年范圍內的23顆白矮星得出了這一發(fā)現(xiàn)。白矮星是剩余燒毀核心，來自曾經很像我們所身處太陽系的恒星。任何行星都可能早已不復存在，但剩余的碎片會污染白矮星的大氣層。

科學家們可以通過分析白矮星的大氣來了解曾經圍繞恒星運行的前行星。 他們尋找任何通常不會作為白矮星自然部分存在的外來元素（氫和氦）。 這些元素可能包括鈣、硅、鎂和鐵。 通過測量不同元素的豐度，科學家們可以弄清楚它們最初來源于礦物和巖石的組成。

該圖展現(xiàn)的是藝術家對我們銀河系中一些不同的巖石系外行星的概念。如今天文學家認為其中一些世界比我們太陽系中的任何一個都陌生。

科學家們使用位于夏威夷莫納凱亞的W. M. Keck 天文臺的高分辨率階梯光譜儀 (HIRES)、哈勃太空望遠鏡 (HST) 和其他天文臺進行了詳細觀察。 正如徐所說：“將keck的HIRES儀器的高靈敏度與哈勃的宇宙起源光譜儀相結合，是測量附著在受污染白矮星上的系外行星物質化學成分的最佳方法。”

具有多種成分的怪異巖石行星

令人驚訝的是，研究人員發(fā)現(xiàn)白矮星中的污染碎片具有比預期更為廣泛的成分。這意味著碎片來自的原始行星由多種巖石類型組成，并且它們的組成比我們太陽系中的巖石行星更加多樣化。其中一些行星的組成可能與地球相似，但其他行星則更加不同尋常。迄今為止我們已經發(fā)現(xiàn)的元素包括了鈣、硅、鎂和鐵。

如文章里所述：“受污染的白矮星揭示了我們太陽附近的行星多樣性比目前所知的還要大，因此在我們所處的太陽系中沒有直接對應的獨特的行星吸積和分化路徑?！?/p>

令人難以置信的是，一些礦物是如此不尋常，以至于研究人員不得不為它們想出新的名字。 “石英輝石”和“方鎂石”就是兩個典型例子。正如徐所說：“雖然一些曾經繞著受污染的白矮星運行的系外行星看起來與地球相似，但大多數(shù)的巖石類型對我們的太陽系來說都是陌生的，它們在太陽系中沒有直接的相關對應?！?/p>

加州州立大學弗雷斯諾分校的 Keith Putirka 是這項新研究的主要作者，該研究確定了具有未知成分的古前巖石系外行星的證據。 圖片來自加州州立大學弗雷斯諾分校。

曾經圍繞恒星運行的行星碎片提供了關于這些世界是什么樣子的寶貴線索。正如普蒂爾卡所補充的：“我們從白矮星數(shù)據中看到的一些巖石類型會比地球上的巖石溶解于更多的水，并有可能影響海洋的發(fā)育方式。一些巖石類型可能會在更低的溫度下熔化并產生比地球巖石更厚的地殼，并且一些巖石類型存在更脆弱的可能，這將有助于板塊構造的發(fā)展。”

曾經的研究

這并不是科學家第一次在白矮星的大氣層中發(fā)現(xiàn)行星的證據，研究人員在之前就已經發(fā)現(xiàn)了鈣、鋁、鋰、鉀和鈉等元素。正如研究人員所指出的，這些都是次要元素，它們只占地球巖石成分的一小部分。然而，要了解一顆前行星實際上是由什么組成的，科學家們需要檢查地球巖石中最豐富的硅等主要元素。

先前對白矮星中元素的研究顯示了行星上存在大陸地殼的證據。然而，就這些新的白矮星而言，研究人員認為這些元素起源于行星內部更深處的地幔，他們暫時還沒有找到有關大陸地殼的證據。

該圖為藝術家描繪的白矮星天狼星B與地球相比的大小。以前巖石行星的元素殘留在白矮星的大氣層中。白矮星是曾經活躍的恒星（例如我們的太陽）剩余被燒毀的核心。圖片來自 ESA/NASA。

根據普蒂爾卡的說法：“我們相信，即使如果地殼巖石存在，我們也無法觀測到它。這可能是因為與其他行星組成部分（如地核和地幔）的質量相比，它所占的比例太小而導致無法測量?！?/p>

地球的獨特性

全新的結果令人興奮，這將幫助科學家了解巖石行星是如何形成和演化的。他們還將幫助回答有關地球為何以其方式進化以及是什么使其獨特的問題。正如文章所述：“系外行星研究還迫使我們面對仍未解決的問題，即為什么地球與其緊靠的行星鄰居如此不同，以及這種差別是典型的還是不可避免的。”

概要：天文學家說，他們有新的證據證明奇怪的巖石系外行星與我們太陽系中的任何行星都不相同。他們的發(fā)現(xiàn)是基于對進行白矮星的化學分析，如今早已消失的行星的剩余碎片“污染”了恒星的大氣層。

BY: Paul Scott Anderson

FY: 茗

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