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(duì)提出了新證據(jù)，證明地球不是唯一的。這項(xiàng)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(gè)非常大的數(shù)量的巖石行星在宇宙中，”合著者愛德華·揚(yáng)，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(gè)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(yáng)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(yùn)行的人體中的元素。” 她說，白矮星的巨大引力將繞其運(yùn)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(gè)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(shí)，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(shí)，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(yáng)(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(yáng)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(shí)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(duì)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(yáng)說：“為什么太陽系中的巖石被如此氧化一直是個(gè)謎。” “這不是您所期望的。一個(gè)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(gè)元素：鐵，氧，硅，鎂，鈣和鋁。他們使用數(shù)學(xué)計(jì)算和公式，因?yàn)榭茖W(xué)家無法研究白矮星的實(shí)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(jì)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?yàn)樗鼈兘沂玖说厍虻牡厍蚧瘜W(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(xiàng)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(gè)飛躍，并表明很可能存在真正的地球類似物。”

揚(yáng)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(shí)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。”