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標題: 最新研究發現岩石行星與母星之間存在著複雜的化學連結 [打印本頁]

作者: jiunn36 時間: 2021-10-18 04:11 PM 標題: 最新研究發現岩石行星與母星之間存在著複雜的化學連結

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　　在我們早期的太陽系中﹐一個巨大的塵土﹑岩石以及氣體的原行星盤(protoplanetary disk)盤旋在新形成的太陽周圍。其中的一些材料最終透過重力連結在一起﹐形成了我們今日所知道的行星的青少年期。這包括我們的家－地球。新發表於期刊《科學》(Science)的研究已幫助研究人員確認﹐與大型的氣體行星﹐例如海王星與木星對比之下﹐類似於地球﹑及我們鄰居的金星與火星的岩石行星(rocky planet)擁有與它們的恆星相似的重元素百分率。
　　一群研究人員從32顆低質量的太陽系外行星(exoplanet)中聚集了數據﹐這32顆系外行星繞著27顆與我們的太陽大小與光譜類型相似的恆星公轉。藉由分析穿過恆星大氣的光﹐天文學家可以量測出恆星的化學組成。透過光譜調查﹐會有間隙出現在光的頻段(frequency band)中﹐指出哪一種元素存在於恆星當中。
　　研究的作者解釋﹕「在主序星(main-sequence star)的大氣中元素的豐富度會反應在它們整體成分上(除了最輕的元素以外)﹐其範圍在幾個百分比之間。而隕石量測的結果顯示﹐這對太陽而言是有效的。」透過這個過程﹐對於目標的太陽系外行星的宿主恆星中重元素的比例﹐研究人員能夠獲得更精確的資料。他們在研究中寫到﹕「我們分析了所選行星的 21顆宿主恆星的光譜(HD 80653 並沒有可用的光譜)﹐並且測量了它們的大氣化學組成。我們在宿主恆星中定出了大量的鎂(Mg)﹑矽(Si)以及鐵(Fe)﹐這些都是形成岩石的主要元素。」。
　　天體物理學家理論上認為﹐在原行星盤中﹐像是Fe與Mg等較重元素的豐富度很有可能反映在錨定太陽系的恆星中﹐因為在形成階段﹐可能有同一批材料亦存在著。這表示說﹐岩石行星以及它們的恆星在整體質量上﹐很有可能重元素的比率共享。但是這些比率究竟有多緊密相連﹐還沒有很完整清楚。研究作者們註記﹕「理論預測說﹐在行星形成的過程中﹐恆星與行星當中的Fe/Si與Mg/Si的豐富度比率會維持非常相近。因此﹐太陽這類恆星的大氣中耐火元素(例如 Mg﹑Si 以及 Fe)的豐富度被認為代表了初始原行星盤的組成。」。
　　藉由使用太陽系外行星的質量﹑半徑以及行星內部的模型﹐研究人員計算出樣本中每顆行星可能的鐵質量比例。其中﹐他們同時考慮了鐵只存在行星核(core)中的情況﹑以及可存在每顆行星的核與函(mantle)中的情況。接著﹐每顆行星的鐵質量比例被拿來與原行星盤的鐵質量比例做比較﹐而原行星盤的鐵質量比例是由宿主恆星的組成推算出來的。
　　作者們發現﹐恆星以及繞著它們旋轉的行星中鐵的比例彼此相關聯﹐但並非1:1。這代表著﹐在原行星盤中元素分佈的細微差異﹑以及與行星形成相關的過程﹐在決定岩石行星的最終化學組成上扮演了重要的角色。
　　雖然在恆星與圍繞它們的行星之間﹐於較重元素的豐富度上存在有稍微的差異﹐但是這個結果提供了佐證﹐讓我們從例如Fe﹑Mg﹑Si等形成岩石的主要元素在恆星中的豐富程度﹐來推算岩石行星的化學組成﹐而這個在先前的其他研究中﹐也是這樣假設的。
　　除此之外﹐來自新研究的結果亦註記說﹐超級地球(super-Earth)與超級水星(super-Mercury)等級的太陽系外行星似乎擁有不同的化學組成﹐這表示著在形成行星的過程中存在有差異。對未來的太陽系外行星研究來說﹐這些資料將會很方便。

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