超級類地行星

超級類地行星

天文學家在太陽系外發現了很多巨大的類地行星,他們將之稱作超級類地行星。科學家推測這些行星擁有與地球相似的板塊構造。它們結構大致相同:一個主要是鐵的金屬中心,外層則被矽酸鹽地幔所包圍。它們的表面一般都有峽谷、隕石坑、山和火山。

介紹

天文學家在我們的太陽系外發現了很多巨大的類地行星,他們將之稱作超級類地行星,這些龐然大物促使科學家不斷對它們與地球之間的相似之處進行種種猜測。最近,哈佛大學的科學家指出,這些像地球的行星將擁有板塊構造。

板塊構造

板塊構造(巨大的板塊運動組成地球的固體外殼)是造成地震火山和其他地質學事件的主要原因。事實上,它們已經支配了地球的地質學歷史。地球是 目前已知的唯一一顆擁有板塊構造的行星,相關人員提出,這種運動是生命進化的一個必要條件。哈佛大學的行星科學家黛安娜·瓦倫西亞和她的同事們在《天體物 理學》雜誌上發表的一篇論文中預言,超級類地行星(它們的體積是地球的1到10倍)擁有板塊構造將會滿足它們維持生命的一個需要。瓦倫西亞是這篇論文的作 者,她告訴PhysOrg網說:“一些超級類地行星可能位於它們的太陽系中的‘可居住帶’內,這意味著它們與母星之間的距離正適合液態水存在,因此也適合 生命存在。最終,只有這些行星的熱和化學演變將決定是否它們可以居住。但是這些熱和化學性質與板塊構造的關係非常密切。”
他們利用詳細的模型,發現了龐大的陸地行星的內部結構,瓦倫西亞和她的科研組測定了與板塊的厚度有關的超級類地行星的質量,和板塊承受的應力 值。這些壓力(非常緩慢的地球地幔對流的一部分)是導致板塊變形和俯衝(一個板塊沉到另一個板塊的下方)的主要驅動力。對那些比地球大得多的行星來說,這 種驅動力將比地球的更大。這個科研組發現,當行星質量增加時,它的切應力會隨之增加,而板塊厚度會變薄。這些因素削弱了板塊,導致板塊俯衝發生。板塊俯衝 是板塊構造的基本組成部分。他們的研究結果顯示,對更大的類地行星來說,上述因素更加必不可少。
瓦倫西亞說:“我們的工作有力地指出,超級類地行星即使沒有水,它們也將展現出板塊構造行為。”以後他們利用美國宇航局的“類地行星探測器”方案,或者歐洲空間局的“達爾文”計畫(由3台望遠鏡組成,用來尋找類地行星),或許能驗證這些結論。

實例

地球所在的太陽系有四顆類地行星:水星金星地球火星,和一顆類地矮行星穀神星。而像冥王星雖然有像類地行星的固體表面,但是以冰為主要的成分(參考冰矮星)。當太陽系形成時,應該還有很多這樣的天體(微行星),但是她們可能都合併或毀滅在太陽星雲形成四顆氣體巨星的過程中。類地行星中,只有地球現在仍有活躍的水圈
迄今,天文學家在太陽系外發現的外太陽系行星幾乎都是氣體巨星,因為氣體巨星較大而容易觀測或推斷其存在。但是還有一定數量的系外行星被懷疑或確認是類地行星。
Aleksander Wolszczan偵測到第一顆外太陽系的類地行星,發現三顆環繞脈衝星PSR B1257+12的行星,質量分別是地球的0.02、4.3和3.9倍。這是個意外的發現,它們的凌中斷了脈衝星的電波輻射。(如果不是軌道經過脈衝星的前方,不可能被發現。)
當第一顆環繞熔合星的系外行星飛馬座51b被發現時,許多天文學家都假設它是一顆碩大類地行星,因為如果是巨大的氣體行星,不可能在如此的距離上緊挨著恆星(0.052AU)。然而隨後一顆相似的系外行星(HD 209458 b)直徑被測量出來,由凌的現象顯示這些行星的確是氣體巨星。
2005年6月,天文學家在距離15光年的紅矮星Gliese 876旁發現了第一顆幾乎可以確定是類地行星的系外行星。這顆行星的質量是地球的5至7倍,公轉恆星的周期只有兩個地球日的時間。
2005年8月10日,Probing Lensing Anomalies Network/Robotic Telescope Network和光學重力透鏡實驗(OGLE)在天蠍座距離地球21,000光年處,觀測到一顆命名為OGLE-2005-BLG-390Lb的低溫行星,質量是地球的5.5倍。新發現的這顆行星,環繞母恆星運轉的距離相當於太陽系的小行星帶,經由重力微透鏡的技術顯露了這顆行星的存在。目前這種獨特的能力可以發現質量低至地球的行星
在2007年4月,由11位歐洲的科學家組成的一個小組宣布發現了一顆在適居帶的地外行星,有著與地球相似的溫度。這項發現使用的是歐洲南方天文台位於智利La Silla的望遠鏡,那兒有一架特製的光譜儀,可以分辨出光譜中只有幾個波長幅度的擺動,而這種擺動可能透露出其他世界的存在。她們揭露了環繞紅矮星Gliese 581的行星,新發現的行星被命名為Gliese 581 c,並鼓舞天文學家對同樣昏暗恆星擺動的研究,因為與地球類似的行星有80%是在紅矮星旁發現的。這顆新發現的行星質量是地球的5倍,被歸類為超級地球。發現者還不能肯定他是像地球一樣的岩石行星,還是表面被冰凍的液體水行星。如果他是像地球一樣的岩石,以目前主流的理論推測他的直徑會是地球的1.5倍,如果是顆冰球直徑就會更大。
未來,將有一定數量的望遠鏡有能力直接觀察到類地行星,包括類地行星搜尋者(Terrestrial Planet Finder)、太空干涉測量任務、達爾文任務、新世界任務、克卜勒計畫和貓頭鷹天文望遠鏡(Overwhelmingly Large Telescope,OWL)。而天文學家也認為許多或大多數的近似太陽的恆星附近可能都存在類地行星。

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超級地球遭冰彗星圍攻 或積累龐大“水資源”
歐洲空間局的赫歇爾太空望遠鏡發現另一個恆星系統中外圍龐大小天體(彗星等)集群並不是罕見的,在今年早些時候,該望遠鏡也對著名的北落師門恆星系統進行觀測。使用紅外波段的觀測技術可透過外圍厚厚的塵埃盤,天文學家可以估計該恆星系統中有多少顆彗星在進入內側軌道後被摧毀。科學家也假設了恆星系統中運行在軌道上的行星與彗星發生碰撞的事件,通過這些模型得出北落師門外圍厚厚盤狀物質帶存在2600億至83萬億顆小彗星,而太陽系外圍的奧爾特雲中的彗星數量被認為與此相類似。這項觀測也對行星上演化出海洋進行推測,擴展了類地行星的可居住性和潛在的可居住系外行星。
在缺乏大質量氣態行星(諸如土星和木星)的恆星系統中,位於內側軌道的行星可避免大質量彗星的轟擊,相反的是,較小的類海王星天體可使內側軌道行星保持穩定的小型流星雨襲擊。正因為如此,格利澤581與室女座61恆星系統正在受到外層盤狀物質群中大量小彗星長期的“圍攻”。考慮到格利澤581恆星系統已經有近20億年的演化史,那么內側軌道行星可能蘊藏著相當大貯備的“水資源”。

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