科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一顆古老的“超級(jí)地球”

茫茫宇宙中，演化出生命的地球是唯一的嗎？為了尋找答案，科學(xué)家一直在探測(cè)與地球類(lèi)似的巖質(zhì)行星——類(lèi)地行星。它們大多處于其主星的宜居帶內(nèi)，可能有著適宜生命誕生及生存的環(huán)境條件。

日前，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，一個(gè)國(guó)外研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一顆“超級(jí)地球”TOI-561b。研究人員推測(cè)，TOI-561b的體積要比地球大50%，質(zhì)量大約是地球的3倍，但密度卻和地球差不多。

一般而言，一顆行星越老，它的密度可能就越小，因?yàn)樵谒纬蓵r(shí)沒(méi)有那么多的重元素可用，所以，研究人員認(rèn)為，TOI-561b是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最古老的巖質(zhì)行星之一，它的存在表明宇宙或從140億年前就開(kāi)始形成巖質(zhì)行星。

行星形態(tài)各異，或源于誕生位置的不同

“超級(jí)地球”可能存在著與地球一樣的巖質(zhì)地表結(jié)構(gòu)。但行星并非只有巖質(zhì)行星一種，還有氣態(tài)巨行星等。這些不同結(jié)構(gòu)、不同特性的行星是如何形成的呢？

中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)研究員郭建恒說(shuō)：“一般認(rèn)為，在行星形成過(guò)程中，會(huì)先形成一個(gè)密度較高的金屬或者巖石內(nèi)核，這個(gè)內(nèi)核進(jìn)一步吸積周?chē)臍怏w，進(jìn)而形成行星?！?/p>

同樣的誕生過(guò)程，為何會(huì)形成不同形態(tài)的行星？中山大學(xué)副教授劉尚飛表示，氣態(tài)巨行星和巖質(zhì)行星形成的時(shí)間和位置不同。氣態(tài)巨行星形成于行星系統(tǒng)較早期，其形成時(shí)所處的位置距離主星較遠(yuǎn)，以太陽(yáng)系為例，大約是3～4倍日地距離以上，此時(shí)原行星盤(pán)有較多的氣體，因而當(dāng)自身形成一個(gè)較大的金屬核后可以大量吸積氣體從而形成質(zhì)量像木星那么大的氣態(tài)行星。

而巖質(zhì)行星則一般是在原行星盤(pán)氣體消散后，在距離主星較近的位置，即3～4倍日地距離以?xún)?nèi)，由很多較小的行星胚胎在貧氣體環(huán)境中經(jīng)過(guò)大量的碰撞后形成的。郭建恒解釋道，在這個(gè)過(guò)程中，行星外殼處在熔融狀態(tài)，會(huì)持續(xù)釋放出富含水、二氧化碳和甲烷等氣體，形成次生大氣，太陽(yáng)系內(nèi)巖質(zhì)行星的大氣成分，就被認(rèn)為和這一過(guò)程有關(guān)。而且，對(duì)于較小質(zhì)量的行星，由于其自身引力較弱，還會(huì)導(dǎo)致兩種結(jié)果：一是其吸積的氣體質(zhì)量有限;二是其吸積的氣體可能在主星的“光致蒸發(fā)”作用下逃逸，從而形成一顆沒(méi)有大氣或者薄氣體包裹的天體。所謂“光致蒸發(fā)”，即由于受到主星強(qiáng)烈的輻照，行星的氣體包層經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的演化可能會(huì)損失殆盡。TOI-561b很可能就是一顆這樣的天體，它離主星的距離只有地球到太陽(yáng)的1/100，因此在主星長(zhǎng)時(shí)間的強(qiáng)輻射下，大部分氫氦氣體的包層被蒸發(fā)了，留下了目前所看到的，幾乎是巖質(zhì)的行星。

金屬含量不同，或能揭示行星形成機(jī)制

TOI-561b的年齡大約為100億年。在它形成的時(shí)候，其主星周?chē)闹卦刎S度可能相對(duì)較小，因此有一種可能是不容易形成鐵鎳的金屬內(nèi)核。但組成巖石的化學(xué)元素是足夠的，因此形成了巖質(zhì)內(nèi)核。不過(guò)，郭建恒也提醒道，由于TOI-561b的平均密度和地球差不多，并不能完全排除它的內(nèi)部有一個(gè)小的金屬核心。

那么，TOI-561b上是否有生命存在的可能性呢？郭建恒坦言，包括TOI-561b在內(nèi)，目前發(fā)現(xiàn)的絕大多數(shù)“超級(jí)地球”距離恒星都非常近，極高的溫度以及強(qiáng)烈的輻射可并不是生命的“福音”。

科學(xué)家普遍猜測(cè)，在“超級(jí)地球”形成的時(shí)候，其巖質(zhì)內(nèi)核外是有氫氦氣體包層存在的，或許正是由于“光致蒸發(fā)”作用，讓一顆行星即使在形成之初擁有類(lèi)似氣態(tài)巨行星那樣的濃厚氣體包層，在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的“光致蒸發(fā)”作用后，仍可能只剩下一顆裸露的行星核。

TOI-561b的發(fā)現(xiàn)，預(yù)示著宇宙早期行星或存在“光致蒸發(fā)”現(xiàn)象。

科學(xué)家推測(cè)，“超級(jí)地球”不應(yīng)該在距離恒星如此近的位置誕生。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因，很可能是“超級(jí)地球”原本在距離恒星相對(duì)較遠(yuǎn)的地方形成，然而通過(guò)某種方式“遷移”到目前的位置，“遷移”的具體機(jī)制目前尚無(wú)定論。

行星是伴隨恒星誕生的，如果一顆恒星形成在宇宙極早期，那么通過(guò)恒星內(nèi)部核反應(yīng)和超新星爆炸產(chǎn)生的鐵鎳等重元素不夠多，形成恒星和行星的物質(zhì)中包含的鐵鎳等重元素自然也不夠多。因此，可以推論出圍繞其運(yùn)行的行星巖質(zhì)成分較多，平均密度較低。同理，如果一顆恒星形成在宇宙誕生更晚的時(shí)間，那么形成恒星和行星的物質(zhì)中包含的鐵鎳等重元素足夠多，更容易形成含鐵鎳的金屬內(nèi)核，行星的平均密度也比較高。

因此，行星形成的環(huán)境和恒星的演化及爆發(fā)現(xiàn)象密切相關(guān)，此次研究對(duì)于探索行星的形成和起源具有一定的推動(dòng)作用，即這些古老的行星是如何在較低重元素的環(huán)境下形成的，與那些在高重元素環(huán)境下形成的行星相對(duì)比，能夠幫助我們更好地探索行星的形成機(jī)制。