碳行星顛覆地球化學

科學家們發現了系外行星,在這些行星上,碳這種在地球上相對稀有的元素可能像泥土一樣常見

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對系外行星——環繞遙遠恆星執行的世界——的研究仍處於早期階段。然而,研究人員已經發現了數百個附近沒有類似物的世界:可以碾壓木星的巨行星;在恆星熔爐下炙烤的微小卵石;密度如泥炭蘚的蓬鬆怪球。還有一些系外行星可能在宏觀上看起來很眼熟,但卻揭示了一個顛倒的世界,在那裡,稀有物質變得尋常,反之亦然。

以碳為例:作為有機物的關鍵組成部分,碳構成了人類最珍貴的材料,從鑽石到石油。儘管碳非常重要,但它並不常見——它佔地球總量的不到0.1%。

但在其他世界,碳可能像泥土一樣常見。事實上,碳和泥土可能是一回事。一顆距離地球40光年的系外行星最近被認為是一個很有希望的候選地,那裡碳占主導地位,行星內部的壓力將大量的碳元素壓制成鑽石。


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這顆名為 55 Cancri e 的行星可能有一個數百公里厚的石墨地殼。“當你深入到地殼之下,你會看到厚厚的鑽石層,”耶魯大學的博士後研究員、天體物理學家尼庫·馬杜蘇丹說。結晶鑽石可能佔行星厚度的三分之一。

碳基世界獨特的構成歸因於與我們自身截然不同的行星形成過程。如果太陽的成分可以作為參考,那麼凝聚成我們太陽系行星的塵埃和氣體雲應該含有大約兩倍於碳的氧。事實上,地球岩石主要由富氧礦物矽酸鹽構成。天文學家已經確定,55 Cancri e 的主恆星所含的碳略多於氧,這可能反映了一個非常不同的行星形成環境。馬杜蘇丹和他的同事計算出,這顆行星的整體屬性——比水世界更稠密,但比由類地礦物構成的世界密度更小——與碳行星的預測相符。研究人員於 2012 年 11 月 10 日在《天體物理學雜誌快報》上發表了他們的發現。

碳行星上的生命形式——如果它們存在的話——將與地球上依賴氧氣的生物截然不同。美國宇航局戈達德太空飛行中心的馬克·庫奇納說,珍貴的氧氣將像人類渴望地球上的碳氫燃料一樣,成為一種有價值的燃料。甚至求愛習俗也將與我們截然不同。“如果有人送你一枚鑽戒,你不會感到驚訝,”庫奇納思考道。“如果你的求婚者端來一杯水,那將非常令人興奮。”

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