古代恒星揭示了地球與其他行星的相似之處

物理學(xué)家和地球化學(xué)家團(tuán)隊提出了新證據(jù)，證明地球不是唯一的。這項研究于10月18日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

“我們剛才提出的概率是許多巖石行星都像地球，并有一個非常大的數(shù)量的巖石行星在宇宙中，”合著者愛德華·揚，地球化學(xué)和宇宙化學(xué)的加州大學(xué)洛杉磯分校教授說。

科學(xué)家，亞歷山德拉·多伊爾，地球化學(xué)與天體化學(xué)的加州大學(xué)洛杉磯分校研究生的帶領(lǐng)下，開發(fā)出一種新方法進(jìn)行了詳細(xì)分析我們的外行星的地球化學(xué)太陽系。道爾(Doyle)通過分析圍繞6個白矮星繞行的小行星或巖石行星碎片的巖石中的元素做到了。

揚說：“我們正在研究其他恒星的巖石中的地球化學(xué)，這幾乎是聞所未聞的。”

加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)天體物理學(xué)和行星科學(xué)副教授希爾克·施利希廷(Hilke Schlichting)說：“要了解太陽系外行星的組成非常困難。” “我們使用了可能的唯一方法(我們開創(chuàng)的方法)來確定太陽系外部巖石的地球化學(xué)。”

白矮星是普通星的密集，燃燒殘骸。它們強(qiáng)大的引力使碳，氧和氮等重元素迅速沉入其內(nèi)部，而望遠(yuǎn)鏡無法檢測到這些重元素。杜伊研究的距離最近的白矮星距離地球約200光年，最遠(yuǎn)的距離是665光年。

多伊爾說：“通過觀察這些白矮星及其大氣中存在的元素，我們觀察到了繞白矮星運行的人體中的元素。” 她說，白矮星的巨大引力將繞其運行的小行星或行星碎片切碎，并且該物質(zhì)墜落到白矮星上。“觀察一個白矮星就像對它在太陽系中吞噬的內(nèi)容進(jìn)行尸檢一樣。”

Doyle所分析的數(shù)據(jù)是通過望遠(yuǎn)鏡收集的，大部分是從夏威夷WM凱克天文臺收集的，而太空科學(xué)家以前是出于其他科學(xué)目的而收集的。

多伊爾說：“如果我只看一顆白矮星，我會期望看到氫和氦。” “但是在這些數(shù)據(jù)中，我還看到了其他物質(zhì)，例如硅，鎂，碳和氧，這些物質(zhì)是從環(huán)繞它們的天體上附著到白矮星上的。”

楊說，當(dāng)鐵被氧化時，它與氧共享電子，在它們之間形成化學(xué)鍵。他說：“這被稱為氧化，當(dāng)金屬變成生銹時，您會看到它。” “氧氣從鐵中竊取電子，產(chǎn)生氧化鐵而不是金屬鐵。我們測量了這些撞擊白矮星的巖石中被氧化的鐵的量。我們研究了金屬生銹的程度。”

加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員本杰明·祖克曼，貝絲·克萊因，亞歷山德拉·道爾，希爾克·施利希廷，愛德華·揚(左至右)。圖片來源：Christelle Snow / UCLA

Young說，來自地球，火星和我們太陽系其他地方的巖石在化學(xué)成分上相似，并且含有驚人高水平的氧化鐵。他說：“我們測量了這些撞擊白矮星的巖石中被氧化的鐵的量。”

太陽主要由氫組成，氫的作用與氧化相反，氫會增加電子。

研究人員說，巖石行星的氧化對其大氣，其核心以及在其表面形成的巖石種類具有重大影響。揚說：“地球表面發(fā)生的所有化學(xué)反應(yīng)最終都可以追溯到行星的氧化態(tài)。” “我們擁有海洋和生命所必需的所有成分這一事實可以追溯到被氧化的行星。巖石控制著化學(xué)反應(yīng)。”

直到現(xiàn)在，科學(xué)家們?nèi)晕赐耆私鈳r石系外行星的化學(xué)性質(zhì)是否與地球相似或相異。

加州大學(xué)洛杉磯分校團(tuán)隊分析的巖石與來自地球和火星的巖石有何相似之處?

“非常相似。”多伊爾說。“就其氧化鐵而言，它們像地球，也像火星。我們發(fā)現(xiàn)巖石到處都是巖石，地球物理和地球化學(xué)非常相似。”

揚說：“為什么太陽系中的巖石被如此氧化一直是個謎。” “這不是您所期望的。一個問題是，其他恒星周圍是否同樣如此。我們的研究是這樣。對于在宇宙中尋找類似地球的行星來說，這預(yù)示著很好的預(yù)兆。”

白矮星是科學(xué)家分析的罕見環(huán)境。

研究人員研究了巖石中最常見的六個元素：鐵，氧，硅，鎂，鈣和鋁。他們使用數(shù)學(xué)計算和公式，因為科學(xué)家無法研究白矮星的實際巖石。道爾說：“我們可以用數(shù)學(xué)方法確定這些巖石的地球化學(xué)，并將這些計算結(jié)果與我們從地球和火星得到的巖石進(jìn)行比較。”他的地質(zhì)和數(shù)學(xué)背景。“了解巖石至關(guān)重要，因為它們揭示了地球的地球化學(xué)和地球物理學(xué)。”

施利希廷說：“如果外星巖石的氧化量與地球相似，那么可以得出結(jié)論，地球具有與地球相似的板塊構(gòu)造和相似的磁場潛能，而地球被廣泛認(rèn)為是生命的關(guān)鍵成分。” “這項研究是能夠?qū)ξ覀兲栂狄酝獾奈矬w進(jìn)行這些推斷的一個飛躍，并表明很可能存在真正的地球類似物。”

揚說，他的部門既有天體物理學(xué)家，也有地球化學(xué)家。

他說：“結(jié)果是，我們正在對太陽系外部的巖石進(jìn)行真實的地球化學(xué)研究。大多數(shù)天體物理學(xué)家都不愿意這樣做，而且大多數(shù)地球化學(xué)家都不愿將其應(yīng)用于白矮星。”