我我们的星球是独一无二的吗?机会渺茫。世界上有数以亿计的其他星系,每个星系都有数十亿个太阳。在最近的一次采访中,加州大学洛杉矶分校(University of California, Los Angeles)的地球化学和宇宙化学教授埃德·杨(Ed Young)告诉我,太阳是否有一颗岩石行星围绕它运行,这可能是个未知数。但据美国国家航空航天局(NASA)称,天文学家现在已经确认了4000多颗系外行星,这些行星围绕着太阳系以外的太阳运行。“其他地球存在的可能性正在慢慢增加,”杨说。
年轻人自己推动了赔率。在一个科学本月发布的纸张与笨重的冠军,“卓越的辐射岩石的氧气逃避:现有的地球化学地球化学的证据,”年轻和他的同轴们,采用了衡量外产的化妆的精致方法,结论“至少一些岩石外产上的地球物理和地球化学地是与地球相似的。“年轻人和他的亚历山德拉多伊尔是一名装载者,一名在谈话中,详细说明了我们的谈话 - 做了一个精致的工作,定义了技术条款 - 是什么让他们的学习独特以及如何提供地球并不孤单的实心证明。
你说你正在做“真正的”天文地球化学。为什么?
亚历山德拉多伊尔:当人们试图研究系外行星的地球化学时,他们主要是测量物体的质量和半径。他们试图了解天体有多少是地核,多少是地幔和地壳,并试图根据这两种测量,得出天体整体的样子。这是非常困难的,因为你必须做出一些假设。例如,类太阳恒星中的氧非常丰富。它是第三丰富的元素,但在岩石中它极不稳定,所以很难把它浓缩成岩石。所以你必须假设恒星中有多少氧气凝结成岩石。这很难做到。
艾德·年轻:很难找到其他地球存在的可靠证据。有很多间接证据。但我们发现了更多的岩石行星,我们在所谓的宜居带发现了一些岩石行星,在那里它们与恒星的距离合适,表面有液态水。这是真正的地球化学,因为它测量了行星的组成,而不仅仅是推断。
其他地球存在的可能性正在慢慢增加。
你在做什么不同,以推进我们对外产的理解?
多伊尔:我们正在做光谱,观察光谱中的恒星。这些元素落入星星 - 铁,硅,镁,等等- 威尔吸收明星正在发出的光线,你实际上可以在频谱中看到它。它将阻挡特定波长的光,了解您所看到的每个元素。这些波长已知数百年。这些吸收线可以告诉哪些元素落入明星,并且您可以模拟这些元素的丰富程度。
你工作的核心是“氧逸度”的测量。这是什么?
年轻:当然。Fugacity是部分压力的化学词。我们计算的是当形成岩石时存在的氧气的分压。例如,您呼吸的空气是20%的氧气,因此我们会说空气中的氧气的部分压力是大气的20%,0.2个大气压。我们可以衡量,因为铁想要是金属的。铁将被留给自己的设备。但是,在存在氧气存在下,氧气将从铁中罗出电子,然后氧气和铁必须共用那些电子 - 它们制备氧气 - 铁键。因此铁不再存在作为铁金属,但作为岩石。
我们用岩石中的铁含量来反算岩石形成时氧气的分压。行星外部岩石中的铁含量与金属核心相对,这是制造岩石时氧气分压的一个信号。它的记录是岩石中铁的浓度:相对于硅、镁、钙和其他物质的多少克,你有多少克铁。它不会进入太空,也不会回到核心。只要行星存在,记录就存在。
为什么了解岩石形成时的氧逸度很重要?
多伊尔:氧气不足影响行星结构和演化。在确定地球的内部中,在确定哪种矿物质中占主导地位的压力和温度是重要的。这对居住性很重要。例如,氧气不足将确定核心中的次要元素。我们正在谈论我们的核心是如何由铁和镍组成的。我们认为存在痕量的一些其他元素,如硅,并且有助于地球产生磁场。磁场对于行星的居住性非常重要。氧气逃避也会影响你是否得到板块构造,以及你有什么样的火山主义和氛围。
年轻:人们认为板块构造的存在对于在地球上形成复杂的生命可能是必不可少的。这些难以在句子中捕获的难以捕获的论点,但这是一个通过天体毒理学领域的主题。我们的研究是从中删除的几个步骤,但是,如果氧气逃避控制板构造,而板块构造对于生命是必不可少的,这促进了我们可以找到可居住的行星的赔率。这是一系列逻辑。
你是在说系外行星更有可能具有类似地球的地球化学特征吗?
年轻:我们的论点是,这增加了存在类地系外行星的可能性。因为我们发现了类似于地球或火星上的氧逸度,这意味着一定有像我们这样的行星存在。
行星的氧逸性从何而来?
年轻:当太阳即将形成时,在它的周围有一个由气体和尘埃组成的盘——一个原行星盘——通过尘埃和高温气体中一些矿物质的凝结而形成岩石。氧逸度是在岩石形成的原行星盘中设定的。这个圆盘的组成应该和太阳差不多——主要是氢,其次是氦,然后是氧。但太阳的组成所决定的氧逸度至少比我们在岩石行星上看到的低10000倍,除了水星。火星和地球的氧化程度是太阳成分预测的一万倍。所以当你制造行星时,会发生一些事情增加它们形成的环境的氧化态。
我们的太阳将扩大和吞噬汞和金星,也许是地球。
道尔:实际上有不同的假设。我们所看到的是,无论该过程如何氧化这些岩石,相对于太阳能气体也在其他行星系统中发生。
年轻:这也增加了其他地方存在类地行星的可能性,因为无论这一过程是什么,它也发生在其他恒星周围。
了解“白矮人”是您研究的关键。什么是白矮星?
多伊尔:白矮星是太阳大小的恒星演化的最后一个已知阶段。所以当太阳死后,它们会进化成白矮星。在这一演化过程中,恒星周围的行星系统可能非常混乱。一些关于太阳何时死亡并演化为白矮星的估计表明,我们的太阳将膨胀成红巨星,吞噬水星和金星,也许还有地球。
小行星等物体的轨道将以非常奇怪的轨道运行。当这颗恒星演化并坍缩成白矮星时,可能已经有小行星向它摆动。然后,如果一颗小行星或行星体离白矮星太近,它将被切碎成一个圆盘,这些物质将开始落到白矮星上。当我们观察这些恒星时,它们中的很多都是我们所说的被污染的。它们显示了铁、硅、镁等元素,所有这些元素都是形成岩石所必需的。我们看到了岩石本身的化学组成,这对于系外行星研究来说是一件非常独特的事情。
因此,由于白矮星作为太阳系中所有这些材料的沉没,因此它们提供了由外产的独特图示出来了?
年轻:正确的。实际上,我们可能看到了行星或小行星的碎片来制作行星。
从这么远的地方看去,看到的行星和我们自己的相似是什么感觉?
道尔:这是令人放心的。在感觉中放心,即我们在地球上的岩石或太阳系中的岩石上可以做的地球化学,我们也可以在机身和其他太阳系上进行。
年轻:此外,我们认为这真的很酷。
布莱恩·加拉格尔是《浪漫的事实》的编辑鹦鹉螺博客。跟着他在推特上@bsgallagher.
主要图片由NASA/JPL加州理工学院提供