科學家說,地球的成分在宇宙中非常普遍

天文學家們發現,一些行星系統的基本構造塊與地球的元素非常相似,這對於在其他恆星系中尋找真正的類地球行星是有幫助的。

科學家說,地球的成分在宇宙中非常普遍

白矮星被碎片盤和行星體包圍的概念圖。這類系統被發現含有與我們太陽系相同的元素。

到目前為止,已經發現了近4000顆圍繞遙遠恆星運行的系外行星。一個不可避免的問題是,這些行星和恆星系與我們的行星和太陽系有多相似,特別是與地球?它們的構成是相似的還是完全不同的?2018年8月15日在波士頓舉行的戈德施密特會議上發表的一項新研究有助於闡明這一問題。事實證明,地球所由的“成分”是相當正常的,就像其他行星系統中的物質一樣。

科學家們測量了18個不同行星系統的組成,距離我們456光年。他們發現這些系統中行星的組成和地球的組成有很多相似之處。這並不意味著所有的行星都和地球一樣,而是由與地球相同的基本物質組成,是就元素而言。

正如夏威夷雙子座天文臺的Siyi Xu博士所解釋的那樣:我們在其他行星系統中觀察到的大部分構成單元的組成與地球的組成大致相似。要直接檢查這些遙遠的物體是很困難的。由於涉及的距離很遠,它們附近的恆星往往會淹沒在電磁信號中,如光波或無線電波。所以我們需要研究其他的方法。

科學家說,地球的成分在宇宙中非常普遍

Xu博士的團隊利用夏威夷凱克望遠鏡--世界上最大的光學和紅外望遠鏡和哈勃太空望遠鏡的攝譜儀,研究了這些行星構成的“構建塊”是如何影響來自白矮星的光線的。白矮星是一種小而密集的恆星,它們燒掉了大部分的氫和氦氣體。

白矮星的大氣是由氫或氦組成的,這兩種氣體都能發出非常清晰的光譜信號。然而,當這顆恆星冷卻後,它開始從圍繞它運行的行星、小行星、彗星等中吸取物質,其中一些形成了塵埃盤,有點像土星的光環。當這種物質接近恆星時,它改變了我們對恆星的看法。這一變化是可測量的,因為它影響了恆星的光譜信號,並使我們能夠識別白矮星周圍物質的類型甚至數量。這些測量非常敏感,可以探測到像小行星一樣小的天體。

在這項研究中,我們集中在有塵埃盤的白矮星樣本上。我們已經能夠測量大多數這些恆星中的鈣、鎂和硅的含量,以及一些恆星中更多的元素。我們也可能在其中一個系統中發現了水,但是我們還沒有量化它:在其中的一些世界裡可能會有大量的水。例如,我們之前已經在170光年之外的牧夫座發現了一個恆星系統,它富含碳、氮和水,其組成類似於哈雷彗星的組成。但總體來說,它們的組成與地球非常相似。

科學家說,地球的成分在宇宙中非常普遍

碳是地球上最常見的元素之一,也是地球生命的組成部分。我們星球上發現的這個和其他元素現在也存在於其他恆星系中。這張圖是一種碳分子,在銀河系中很常見。

這就意味著,構成地球的元素-化學元素-在其他行星系統中是很常見的。從我們所看到的,從這些元素的存在和比例來看,我們是正常的,非常正常的。這意味著我們可能會在銀河系的其他地方發現類似地球的行星。

這項工作仍在進行中,蓋亞衛星最近公佈的數據使這一領域發生了革命性的變化。到目前為止,蓋亞衛星迄今為止已經對17億顆恆星進行了特徵描述。這意味著我們將更好地理解白矮星。我們希望能更精確地測定太陽系外行星物質的化學成分。

科學家說,地球的成分在宇宙中非常普遍

開普勒22b,一顆離我們910光年的超級地球系外行星。新的發現表明,實際上與地球相似的世界還有很多在那裡等待著被發現。

其他系外行星的外觀也有很大的不同,從巨大的“熱木星”到“超級地球”(比地球大,但比天王星或海王星小),還有小而多岩石的行星。如果這些行星的整體組成類似於我們的太陽系,特別是地球,正如證據所表明的那樣,那麼這是一個很好的跡象,表明真正類似地球的世界可能就在那裡,等待著被發現。

正如麻省理工學院行星科學教授、最近發射的外行星勘測衛星(TESS)任務的副科學主任薩拉·西格爾博士所說:令我驚訝的是,研究系外行星內部的最佳方法是行星被它們的白矮星主星分開和吸收。很高興看到這一研究領域的進展,並有確鑿的證據表明,具有類似地球成分的行星是常見的,這增強了我們的信心,即圍繞著一顆非常接近的正常恆星的類似地球的行星正在那裡等待著被發現。


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