外星天体,充气其间,能否存岩?


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一名艺术家描绘的主星Cancri 55和它的一颗行星 , 巨大的Cancri 55 e(图片来源:NASA/JPL-Caltech)
在银河系的周围 , 存在着各种各样的恒星系统 , 天文学家极力寻找“地球2.0” , 即一个地球大小的、有液态水的、轨道在母星的宜居带内的系外行星 。
现在 , 新的模拟显示 , 类似地球的行星有可能出现在我们看到的最后一个地方:两个巨大世界的轨道之间 。 也许我们家门口就有这样一个例子 。

那些奇怪的邻居
在巨蟹座的方向 , 可以看到55 Cancri——一个距离地球41光年的双星系统 。 该星系的主恒星是一颗主序星 , 比太阳略小 , 但其铁等重金属含量比太阳高得多 。 除金属丰度高之外 , 它其实是一颗相当普通的恒星 。
但它并不孤单;它有一个双星伴星 , 一颗小红矮星 , 距离它1000个天文单位(AU) 。 (一个天文单位是地球和太阳之间的平均距离 , 约9300万英里 , 或1.5亿公里 。 )

这个恒星系统也有很多巨大的行星 。 55Cancri有四颗行星 , 它们与恒星的距离比地球与太阳的距离还要近 。 离主星55 Cancri最近的行星有着地球的8倍质量 , 其轨道较水星绕太阳的轨道近 。 接下来是三个巨兽:两个比地球大50倍 , 一个几乎和木星一样大 。
这个恒星系统中最后一颗已知的行星的质量几乎是木星的四倍 , 它的轨道距离它的恒星只有5个天文单位 。

但这些只是该系统中已知的行星;里面可能有更多的行星 , 尤其是我们还无法探测到的较小的行星 。 探测系外行星的方法更容易找到靠近母星的巨大世界 , 因为这些系统更容易被探测到 。 但在我们研究过的所有系外行星系统中 , 也有可能存在更小或更遥远的世界 。
在巨人的肩膀上
一组研究人员最近使用一套行星形成模拟模型以确定55 Cancri系统是否可能容纳更多地球大小的行星 。

他们的模拟特别关注了该系统中第四颗和第五颗行星之间的区域 , 这颗恒星的宜居带 , 即是行星表面可能保留液态水的区域(不要太近太热而使所有的水都蒸发 , 也不要太远 , 使水都结冰) 。

由于在这数百种情况下完全模拟行星形成过程需要大量的计算资源 , 研究人员采用了一种统计方法:他们从一个由500个火星质量的胚胎原行星组成的原行星盘(一个围绕着新形成的恒星的旋转的气体和尘埃圆盘)开始模拟 , 并允许它们碰撞、合并和分裂 。
研究人员发现 , 尽管这些巨大的行星吞噬了制造行星所需的大部分原材料库存 , 但仍有大量的材料可以制造一个地球大小的世界 。 此外 , 该团队在最近发表在预印本数据库arXiv上的一篇论文中写道 , 这些巨大行星的引力影响并没有扰乱它们之间的行星形成过程 。
通过数百次潜在启动条件的模拟 , 研究人员发现 , 在55 Cancri系统中可能会形成一颗类地行星 。 根据我们对原行星盘的了解 , 以及建立这样一个巨型系统所需的条件 , 该星球的水储量可能是地球的六倍 。
然而 , 从模拟中 , 研究人员发现 , 这样一个类似地球的世界只有10%的可能性位于55 Cancri的宜居带内 , 因此 , 可能是一个冰冻的水世界 。

尽管如此 , 研究结果表明 , 类地行星可能会在拥有大量巨大、密集世界的系统中形成 。 这些发现为在其他恒星系统中发现宜居世界打开了更多的可能性 , 并可能增加在我们意想不到的地方找到地球2.0的机会 。

相关知识
适居带 , 是天文学上给一种空间的名称 , 指的是行星系中适合生命存在的区域 。 在适居带有利于生命的发展 , 并且有可能像地球般出现高等生命 。 有两种区域是有可能的 , 一个是在行星系内 , 另一个则存在于星系之中 。 在适合的区域内的行星和天然卫星是最佳的候选者 , 这些地球外的生命有能力生活在类似我们的环境下 。
BY: Paul Sutter
FY: 久章
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