英国和加拿大合作利用地质学帮助天文学家寻找宜居行星

到目前为止, 天文学家已经确定了超过4个,000颗已确认的系外行星(围绕太阳以外的恒星运行的行星)，但只有一小部分具有维持生命的潜力. 现在，一项新的研究发表在 天体物理学杂志通讯 来自国际科学家的合作, 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的行星吗.

澳彩通常希望在所谓的“适居带”中找到这些行星, 它们与恒星之间的距离在哪里，以支持其表面的液态水. 然而, 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. 一颗岩态行星上可能有液态水，但这并不意味着它就真的有液态水. Brendan 戴克，英属哥伦比亚大学助理教授.

“一颗行星要保持适合生命生存, it must retain significant surface water for very long periods of time; around 4 billion years on Earth,博士说. 乔恩·韦德是澳彩副教授，也是这项研究的合著者. “不幸的是，火星, 它的地表水似乎在其历史早期就消失了, 证明对火星生命来说是灾难性的. 那么，为什么地球不像火星那样有海洋呢?  澳彩的新研究表明，地球岩石部分——地幔——所含的铁量至关重要, 它是地球最初吸积过程的产物.”

在任何给定的行星系统中, 较小的岩质行星都有一个共同点——它们的铁含量都与它们围绕的恒星相同. 它们的区别在于地幔和地核中含有多少铁.  这是行星的一个特征，称为核心质量分数(CMF). 1)，可以从各种观测数据估计.

图1. 显示系外行星核心质量分数(CMF)多样性的直方图, 为澳彩太阳系的岩石体提供了参考信息. 有关数据来源，请参阅戴克等人. (2021)及其参考文献.

“行星内部的化学组成对地表以下深处形成的矿物具有基本的控制作用,博士说. 理查德·佩林是澳彩副教授，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. 正是这种融化过程导致了地表的地壳形成, 就像澳彩今天在地球上观察到的大洋中脊或深层地幔柱一样. 澳彩对矿物热力学性质的理解意味着澳彩可以可靠地模拟系外行星的地壳和地幔在其生命周期中发生的变化.”

“澳彩的研究结果表明，随着行星的形成, 内核较大的地壳会形成较薄的地壳, 而那些内核较小的行星会形成更厚的富含铁的地壳，比如火星,博士说. 戴克. “这种散度是由行星吸积时的氧化态所控制的。. 韦德. “So, 如果行星是由相对氧化的物质形成的, 它形成了一个小核和厚壳, 但对于由相对还原物质形成的行星来说，情况正好相反.“行星地壳的厚度将决定这颗行星是否可以支持板块构造，以及可能存在多少水和大气——这是澳彩所知道的生命的关键成分。.

图2. 概要图显示行星吸积和分化过程中的氧化状态如何控制核心大小，从而控制未来表面结壳的厚度和组成(戴克等., 2021).

今年晚些时候, 在与美国宇航局的一个联合项目中, 加拿大航天局和欧洲航天局, 詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)将发射. 研究小组称这是一个很好的机会来充分利用他的发现. “JWST的目标之一是研究太阳系外行星系统的化学性质,博士说. 戴克. “它将能够测量这些外星世界中存在的铁的数量，并让澳彩很好地了解它们的表面可能是什么样子，甚至可能为它们是否有生命提供线索.”

“在更好地了解澳彩周围的无数行星以及发现地球可能有多独特方面，澳彩即将取得巨大的进步. 澳彩可能还需要一段时间才能知道这些奇怪的新世界中是否有新的生命，甚至是新的文明, 但这是一个令人兴奋的时刻，成为探索的一部分.”

“地核形成对地表组成和行星宜居性的影响”的研究可在这里阅读.

文章改编自英属哥伦比亚大学新闻稿，作者Nathan Skolski. 你可以在这里阅读完整版.

特色图片:图片由美国宇航局/戈达德太空飞行中心提供.