英国和加拿大的合作利用地质学帮助天文学家找到可居住的行星

英国和加拿大的合作利用地质学帮助天文学家找到可居住的行星

To date, astronomers have identified more than 4,000颗确定的系外行星——围绕太阳以外的恒星运行的行星——但只有一小部分有可能维持生命. Now, new research published in the Astrophysical Journal Letters from an international collaboration of scientists, 利用早期行星形成的地质学来帮助确定那些可能支持生命存在的行星吗.

威尼斯官方网站通常希望在所谓的“适居带”(goldilocks)中找到这些行星, 它们与恒星的距离如何才能保证表面有液态水. However, 虽然这是一个很好的方法来筛选成千上万的候选行星, 这还不足以说明这颗行星是否真的适合居住. 一颗岩质行星可以有液态水,但这并不意味着它就有. 布兰登·戴克,英属哥伦比亚大学助理教授.

“For a planet to remain hospitable for life, it must retain significant surface water for very long periods of time; around 4 billion years on Earth,” says Dr. 乔恩·韦德是威尼斯官方网站副教授,也是这项研究的合著者. “Unfortunately for Mars, 它的地表水似乎在它的历史早期就消失了, proving catastrophic for any Martian life. So why has Earth, unlike Mars, kept its oceans?  威尼斯官方网站的新研究表明,在地球的岩石部分——地幔——中所含的铁的数量是至关重要的, 是行星最初被吸积时所发生过程的遗产.”

Within any given planetary system, 较小的岩态行星都有一个共同点——它们所环绕的恒星所含铁的比例都是一样的. 区别它们的是地幔和地核中含有多少铁.  这是一颗行星的核心质量分数(CMF)特征. 1)可以从各种观测数据中估计出来.

Figure 1. 显示太阳系外行星内核质量分数(CMF)多样性的直方图, 参考太阳系中岩石天体的信息. For data sources, please see Dyck et al. (2021) and references therein.

“行星内部的化学组成对地表以下深处形成的矿物提供了基本的控制,” says Dr. 理查德·佩林是威尼斯官方网站副教授,也是这项研究的合著者. “具有不同地幔矿物组合的不同系外行星在任何给定的压力和温度条件下都有不同的熔化能力. 正是这种熔化过程导致了地表地壳的形成, 就像威尼斯官方网站今天在地球上观察到的海洋中脊或深部地幔柱一样. 威尼斯官方网站对矿物热力学性质的理解意味着威尼斯官方网站可以可靠地模拟出系外行星在其生命周期内地壳和地幔的变化.”

“威尼斯官方网站的研究发现表明,当行星形成时, those with a larger core will form thinner crusts, 而那些核较小的行星会形成更厚的富含铁的地壳,就像火星一样,” says Dr. Dyck. “这种分歧是由行星吸积时的氧化状态控制的。. Wade. “So, 如果行星是由相对氧化的物质形成的, it forms a small core and thick crust, 但对于由相对较少的物质形成的行星来说,情况正好相反.“然后,行星地壳的厚度将决定这颗行星是否能够支持板块构造,以及可能存在多少水和大气——正如威尼斯官方网站所知,这是生命的关键成分.

Figure 2. 概述图显示了行星增生和分化过程中的氧化状态如何控制核的大小,从而控制未来地壳的厚度和组成(Dyck等)., 2021).

Later this year, in a joint project with NASA, 加拿大航天局和欧洲航天局, the James Webb Space Telescope (JWST) will launch. 研究小组称这是将他的发现付诸实践的绝佳机会. “JWST的目标之一是研究太阳系外行星系统的化学性质,” says Dr. Dyck. “它将能够测量这些外星世界中铁的含量,给威尼斯官方网站一个好主意,了解它们的表面可能是什么样子,甚至可能提供线索,以确定它们是否有生命的家园。.”

“威尼斯官方网站即将取得巨大的进步,更好地了解威尼斯官方网站周围的无数行星,并发现地球是否独特. 威尼斯官方网站可能还需要一段时间才能知道这些奇怪的新世界中是否存在新的生命甚至新的文明, 但这是一个激动人心的时刻,成为探索的一部分.”

 

“核心形成对表面组成和行星宜居性的影响”的研究可以在这里阅读.

文章改编自英属哥伦比亚大学新闻稿,作者Nathan Skolski. You can read the full version here.

特色图片:图片由美国宇航局/戈达德太空飞行中心提供.

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