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苏黎世大学和剑桥大学科学家发现太阳系外存在新形式的“超级地球”
苏黎世大学和剑桥大学科学家发现太阳系外存在新形式的“超级地球”
12/28/2018 3:04:50 PM | 浏览:416 | 评论:0

苏黎世大学和剑桥大学科学家发现太阳系外存在新形式的“超级地球”

  据美国每日科学网站近日消息,科学家确认太阳系外存在一种新形式的“超级地球”,其“地核”并非铁核,但却富含钙、铝及其氧化物,而且可能闪烁着红宝石和蓝宝石。这也意味着,“超级地球”的构成远比科学家预期的更加多样化。相关研究发表在最近一期的英国《皇家天文学会月刊》上。

  在仙后座,距离我们21光年远的地方,有一颗名为HD219134 b的行星,公转周期为3天,质量约为地球的5倍,是一颗所谓的“超级地球”。然而与地球不同的是,瑞士苏黎世大学和英国剑桥大学的科学家们发现,该星球的核心并非含有大量铁,而是富含钙和铝。

  苏黎世大学计算科学研究所天体物理学家卡罗琳·多恩表示,这颗“超级地球”很可能有红宝石和蓝宝石交相辉映,而这些宝石其实是外太阳系中常见的氧化铝。

  研究人员使用理论模型研究行星的形成,并将结果与观测数据进行比较。众所周知,在它们形成过程中,诸如太阳之类的恒星周围都会存在诞生行星的气体和尘埃盘。当原行星气体圆盘散开时,像地球这样的岩石行星,就是由剩余的固体形成的;当气体盘冷却时,一些构件从星云气体中凝结出来。研究人员表示,通常情况下,这些构件都是在铁、镁和硅等元素凝聚的区域形成的,由此产生的行星就具有类似地球的成分和铁芯。而且到目前为止,已知的大多数“超级地球”都是在这些区域形成的。

  但HD219134 b现在被确认属于一种全新的、与以往完全不同的系外行星。这样的行星并不能像地球一样有磁场,而且由于内部结构如此不同,它们的冷却行为和大气也会与普通的“超级地球”不同。

  HD219134 b最早在2015年被斯皮策太空望远镜发现,当时美国国家航空航天局(NASA)形容它为“科学研究的金矿”,因为它的出现能够帮人类进一步认识行星和类似太阳系的系统的形成。(张梦然)

 

寻找外星人 我们被误导了

近年来不断发现地外行星令我们对发现外星人的期望越来越高。水是我们判断是否存在外星生命的最重要指标,但是科学们也会着重考察其他的可能对外星生命的演化有所促进的化学元素与化合物。氧气显然就是其中一种判断标准。

苏黎世大学和剑桥大学科学家发现太阳系外存在新形式的“超级地球”

  但也许是我们过于关注自己日常呼吸的气体了。一项发布在美国化学协会的《地球与太空化学》的新研究表明,另一颗行星上的大气中氧气的存在远非一个值得参考的迹象。

康奈尔大学的系外行星科学家、新研究的合著者尼科尔·刘易斯说:“地球大气中氧气的存量很大,这是由于生命的存在。” 虽然生命当然可以在没有大量氧气存在的情况下存在,但“目前关于如何探测其他星球上生命的大部分思路都集中在寻找与地球非常相似的大气层。”

  然而,在了解气体或气体组合是否表明生命存在之前,“我们必须充分了解地球上发生的化学反应,”约翰霍普金斯大学研究员、新论文的第一作者Chao He说道。 “我们的研究为大气化学提供了一些见解”,并表明某些过程很容易产生无氧生物。科学家可能需要考虑,氧气不一定是外星生命迹象的标志。

  当然,这不是一个容易搞清楚的问题。Chao He和他的同事们利用了约翰霍普金斯大学的特殊行星HAZE研究,或者叫“PHAZER”:一个可以模拟各种不同大气化学条件的实验室,从冥王星的寒冷表面到金星极其炙热的高海拔地区都能模拟。我们的想法是将精确混合的气体暴露在高能量源(等离子体或紫外线,两者都可以从恒星中发出)中,看是否会形成雾状物(光化学反应产生的小颗粒),并观察这是否会改变大气的化学本质。

  约翰斯·霍普金斯大学的行星科学教授、新论文的合着者Sarah Hörst说:“我们的想法是不仅可以模拟在这些大气层中发生的化学过程,而且还可以系统地改变它们,并试图了解哪些过程实际上在支配着我们能够用航天器和望远镜观察到的东西。”

  团队最终测试了9种不同的气体混合物,模拟了超地球和迷你海王星系外行星(银河系中最丰富的系外行星)的预测大气化学成分。这些气体中都具有不同量的二氧化碳、氢气和水,并且温度范围在80到700华氏度(约26.6-371.1摄氏度)之间。

  最终,研究小组发现紫外线和等离子体的暴露改变了所选的气体混合物,使它们产生了几种不同类型的生物印记 - 包括显著的氧气和其他非生物性的有机化合物。换句话说,这表明活体生物不需要产生自由氧 - 它可能是光化学的结果,表明氧气本身可能不是生命存在的有力标志。

  刘易斯表示:“对未来的观察很重要的一点是我们的检测能够排除这些非生物来源产生的生命标志物,我们应该继续研究怎样的化学过程会在系外行星的大气层中产生这种有误导性的‘假阳性’标志物,同时还要确定哪种观测组合能够跨越哪些波长才能排除这些‘假阳性’。”

苏黎世大学和剑桥大学科学家发现太阳系外存在新形式的“超级地球”

  由于化学模拟仅运行了几天,气体混合物也是基于对系外行星可能拥有的大气环境的预测,而不是直接观测(我们目前没有技术可用于直接观测),这项研究受到了阻碍。其中一些限制将在未来十年内得到解决,因为像詹姆斯韦伯太空望远镜这样的仪器可以测量一些遥远行星大气的化学成分,但这些发现很好地提醒我们,我们不一定要局限于观测与地球环境相似的系外行星。

  该研究的最大影响可能仅仅在于证明我们能够使用简单的测量来寻找外星生命的可能性有多大。“实验本身并不是最终答案,”Hörst提醒说,“但它们是一个重要的难题,包括观察、计算机模型和实验室实验。我们不是第一个或唯一一个这样说的人,但通过仅测量大气成分来寻找生命真的、真的、真的很有挑战性。”她强调,我们需要深入了解其他因素,如火山活动、彗星碰撞和我们尚未考虑的新化学反应 - 即使在没有生物学反应参与的情况下,也可以促进生命标志物的产生。


  

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