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放射性金属可能对构建水世界至关重要

了解铝加热效应如何影响地球类行星和水世界在不同行星环境中的形成。

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在铝含量高的区域形成的行星可能留下干燥的物质,从而形成类地行星;而在铝含量低的区域形成的行星可能保持湿润并形成水世界。(图片来源:Roger Thibaut)虽然我们倾向于认为地球上的海洋使其成为一个水行星,但实际上水在其质量中只占极小的一部分。放眼宇宙,显然水比我们自己的星球所暗示的更常见。一些系外行星的质量可能有一半是水。那么,是什么导致一些行星系统保持湿润,而另一些则干燥呢?答案可能是铝。Tim Lichtenberg 是 2 月 11 日发表在《Nature Astronomy》杂志上的一项新研究的主要作者。他说,大量的 Al-26(一种放射性铝同位素)可以加热并干燥那些碰撞形成行星的巨石(直径约 5 到 50 英里,称为星子)。因此,一个年轻的行星系统所拥有的铝含量可能是预测其将演化出何种行星的指标。

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位置和大小很重要

所有恒星都会加热并干燥轨道上距离所谓的雪线更近的物质——从卵石到星子。在雪线之外,冰会保留下来并融入行星,这些行星随后可以保留这些冰,最终将其转化为水,即使它们后来迁移到离太阳更近的地方。例如,我们自己的地球将水锁在它的大气层下,而更远的火星则失去了它的水。现在两者都在雪线之内,但可能形成于更远的地方。铝加热仅对特定大小的星子有影响。小卵石含有的 Al-26 不足以引起任何加热。成形行星可能能够通过其他方式(例如拥有大气层)保留它们的水。但是,铝加热会影响不幸尺寸范围内的所有星子,无论它们离太阳的远近。

缺失的水

这方面的一个很好的例子可能是TRAPPIST-1 系外行星系统。TRAPPIST-1 有七颗岩石行星围绕着一颗暗淡的红矮星运行。其中三颗位于宜居带,所有行星都被认为温度适宜,可以容纳水。研究人员仍然不知道该系统的所有细节,Lichtenberg 警告说,许多 TRAPPIST-1 行星的不确定性仍然很高。但似乎它们的质量只有大约百分之一是由水组成的,这让大多数行星科学家感到惊讶。与太阳相比,红矮星是较冷的恒星,这意味着它们的雪线应该非常近,允许行星吸收大量的冰物质作为水。所以,如果这些水缺失了,就值得问问为什么。TRAPPIST-1 在另一个方面也很奇怪。在任何系统中,绕恒星更远、轨道更大的行星应该有更多的机会获取冰物质——它们在太空中旅行的范围更大。但这并不是观测者在 TRAPPIST-1 系统中看到的情况。Lichtenberg 说:“这表明存在一个系统范围的机制,而这正是我们的 Al-26 方法所能解释的。”Lichtenberg 指出,没有证据表明铝加热导致了我们的太阳系或 TRAPPIST-1 相对于干燥。“这不是唯一的办法,”他说,“但它是一个强大的办法。”

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