巨蟹座 55 e:比地球還大的鑽石?

  長久以來,上層的化學反應凝聚的碳一直流向這顆行星的中心。在那裡,碳聚集起來,在數百萬大氣壓的壓力作用下結晶定型。因而那兒——是自然界與人類開的一個大玩笑——埋藏著對人類非常珍貴的東西。 ——阿瑟?克拉克《2010太空奧德賽》著名科幻作家克拉克的這一天才設想,如今似乎已經在遙遠的宇宙空間裡得到了證實。耶魯大學的尼庫?麥杜蘇德漢(Nikku Madhusudhan)表示與先前的論斷相比,巨蟹座 55 e更有可能是一顆主要由碳單質和碳化物構成的行星,換句話說,就是一顆“鑽石行星”。

  並非第一顆“鑽石星”事實上,這已不是人類第一次找到“鑽石星”了。早在2011年8月25日,一顆圍繞毫秒脈衝星旋轉的“鑽石星” PSR J1719-1438 b 就已被發現。它極其貼近母星,公轉軌道半徑甚至小於太陽的半徑。然而,PSR J1719-1438 b 卻不是一顆貨真價實的行星。億萬年前,它和它圍繞旋轉的“中央星”一樣,都是發光發熱的正常恆星。 後來,中央的恆星先一步走到了生命的盡頭,發生超新星爆炸演化為一顆脈衝星。而這顆“伴星”則在被中央星強大的引力不斷“吮吸”變小的“屈辱”歲月中度過餘生,衰朽成為一顆白矮星。最終,白矮星的外部殼層被吸光,裸露出碳質的核心,並在強大的相互引力作用下形成類似鑽石的物質,也就形成了一顆“鑽石星”。

  灼熱水層包裹的”地獄之星”?和近年來發現的眾多默默無聞的系外行星相比,巨蟹座 55 e 可謂“出身名門”。它繞轉的母恆星——巨蟹座 55 A(又名軒轅增十九)在夜空中用肉眼就能看見。巨蟹座 55 e 擠在一個“四口之家”的最裡層,和它的姐妹弟兄們(巨蟹座 55 b、c、d)一起圍繞母星旋轉。這些行星的繞轉使得母恆星本身也圍繞著共同的質心微微繞圈晃動,從而使星光的顏色發生微小的週期性變化。天文學家們就是依據這個原理,把它們挨個從母星的明亮背景中“揪”出來的。

 

  2011年4月27日,加拿大MOST空間望遠鏡首次觀察到巨蟹座 55 e 從母星的正前方掠過,遮住母星的一部分使亮度降低,這一現象稱為“凌星”(類似的,我們也可以觀察到位於地球軌道內側的水星和金星發生“凌日”現象)。很快,人們借助巨蟹座 55 e 一次又一次的凌星測出了它的公轉週期——僅為18個小時!並且還根據凌星時母星的亮度變化測出了行星半徑、體積和質量的精確值。它的大小約為地球的兩倍,質量卻達到地球的八倍,密度約為5.9克每立方厘米。巨蟹座 55 e與母星之間的距離不超過日地距離的1.6%,表面溫度高達2150攝氏度。

  根據這個密度值,再參考太陽系中地球和其它星球的內部構造,科學家一度推測巨蟹座 55 e 應是一顆以硅氧成分為主的岩石行星,內部具有鐵質核心。問題和麻煩接踵而至:即便不考慮鐵質核心,將它想像成一顆完全由硅氧構成的星球,也很難解釋這顆行星為何有如此大的體積。於是,“地獄之星”的假設就此出爐。在這個理論中,巨蟹座 55 e 由內部的鐵質核心,硅氧為主的岩石圈層和表面厚厚的一層水構成。由於距離恆星如此之近,行星表面的水被炙烤成“超臨界流體”的狀態,整個星球就像是一口大蒸鍋,一個被厚厚的超臨界水層包裹的灼熱地獄。

  冷知識:任何物質在的溫度和壓力超過了它的臨界點的時候,液相和氣相之間的分界面消失,物質將以一種超臨界流體的狀態存在。這個時候,它會像氣體一樣從固體容器內逃逸,也會像液體一樣溶解各種物質。

  錯了!更有可能是“鑽石星”然而,尼庫?麥杜蘇德漢研究組對這個東拼西湊的理論並不滿意。毫無疑問,在距離恆星如此之近的炙熱星球上,厚厚的水層必然是不長久的。他們提出了另一種更加靠譜的可能:這顆行星是一顆主要由碳構成的星球,也就是傳說中的“鑽石行星”。“太陽系的岩石行星都富含氧和硅,然而這並不意味著一成不變,在宇宙的某些地方很可能存在著富含碳的行星。”

  和先前天馬行空的“蒸鍋地獄”星球理論相比,“鑽石行星”的理論有著更加堅實的事實依據:巨蟹座 55 e 的母星是一顆富含碳和鐵的恆星,碳氧元素比達到了1.12左右,是太陽系的兩倍多。根據廣泛接受的行星系起源理論,恆星與行星均脫胎於同一個“星雲盤”,也就應該具有相似的元素組成。根據分析,巨蟹座 55 e 有可能擁有一顆鐵質核心,覆蓋有由碳/碳化硅或者碳/鈣鈦礦相頑輝石(MgSiO3)構成的岩石圈。而在高溫和適當的壓力作用下,碳質行星的地層深處可能會有數千米厚的石墨轉化為鑽石。因此,巨蟹座 55 e 很有可能是一顆名副其實的“鑽石行星”。

  不僅如此,研究組還對巨蟹座 55 e 的形成過程進行了模擬。模擬結果顯示,由於溫度的不同,在接近母星的地方只能形成以鐵和碳化硅為主的行星,稍遠一些則主要形成鐵和碳為主的行星,更遠的地方形成的行星以鐵和鎂橄欖石(Mg2SiO4)為主。鑒於巨蟹座 55 e 很可能是一顆碳質行星,研究小組認為它應當形成於更加遠離母星的位置,後來才逐漸漂移到現在的軌道上。

  巨蟹座 55 e 究竟是不是“鑽石行星”?這還需要更精確的觀測數據來驗證。即便它真的是“鑽石行星”,以人類現有的宇航技術水平也根本無法跨越40光年,開採到“宇宙牌”鑽石。然而,“鑽石行星”向我們揭示了一個更加豐富多彩的宇宙。碳和碳化硅的導熱能力比構成地球地幔的硅氧化物高出兩個數量級,因此,在以碳質為主的星球上,板塊運動和行星演化過程很有可能會完全不同。對行星科學來說,這將是一個全新的領域。




發表評論

:?: :razz: :sad: :evil: :!: :smile: :oops: :grin: :eek: :shock: :???: :cool: :lol: :mad: :twisted: :roll: :wink: :idea: :arrow: :neutral: :cry: :mrgreen:

圖片 表情