天文學是一門另類的科學,天文學家最想找到的東西卻很平常:類似地球的另一顆行星,殘酷宇宙中適宜生命生存的另一個避難所。2009年3月發(fā)射的開普勒空間望遠鏡是迄今在類太陽恒星周圍尋找類地行星的最佳工具,而現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的太陽系外行星大都是氣態(tài)巨行星。許多人預言,2010年科學家將會發(fā)現(xiàn)太陽系外的第一批“地球”。但如果說現(xiàn)在已知的這些與天文學家原先的預想大相徑庭的巨行星本身就代表著某種暗示的話,說不定太陽系外的“地球”也會跟我們的地球大不一樣。
近年來,理論學家已經意識到,質量跟地球相當的其他行星可以是一顆巨型水滴、一個巨型氮氣球,或者就是一大塊鐵。隨便寫出一種你喜歡的元素或者化合物,都可以用它們“造”出一顆行星。這些行星存在的可能性,在很大程度上取決于碳和氧的比例。這兩種元素是排在氫、氦之后宇宙中最常見的元素,在行星系統(tǒng)的胚胎時期,它們會結合成一氧化碳成對出現(xiàn)。在數量上稍稍勝出的元素,最后將主宰行星的化學組成。
在我們的太陽系中,氧占據了主導。雖然我們傾向于認為,地球是以生命要素碳為基礎的,但其實它只是少數派。類地行星實質上由富含氧的硅酸鹽構成。外太陽系則充斥著另一種富含氧的化合物??水。
一項新的研究詳細向我們展示了太陽系中的碳輸掉這場比賽的過程。美國亞利桑那大學和行星科學研究所(Planetary Science Institute,PSI)的杰德?邦德(Jade Bond)、亞利桑那大學的丹蒂?勞蕾特(Dante Lauretta)及PSI的戴維?奧布賴恩(David O’Brien),模擬了太陽系形成過程中不同化學元素在其中的分布。他們發(fā)現(xiàn)碳以氣態(tài)形式出現(xiàn)在原行星盤中,最終會被吹入深空;胚胎期的地球根本挽留不住它們。我們身體里的碳必定是后來由小行星或彗星帶來的,它們形成時所處的條件使它們留得住碳。
2005年,當時在美國普林斯頓大學的馬克?庫切納(Marc Kuchner)和當時在華盛頓卡內基研究所的薩拉?西格(Sara Seager)指出,如果碳氧平衡偏向另一側的話,地球就會變得完全不同。地球不再會由硅酸鹽組成,而將由碳化硅(silicon carbide)之類的碳基化合物和真正的純碳構成。地殼將主要由石墨組成,地下幾千米處的壓力足以將它們轉變成鉆石和其他晶體。一氧化碳或甲烷冰將會取代水冰,焦油則可能會形成海洋。
銀河系中可能充斥著這樣的行星。按照邦德引用的巡天觀測數據,擁有行星的其他恒星平均的碳氧比要高于太陽,她的小組所做的模擬也預言,絕大多數這樣的行星系統(tǒng)會形成碳行星。邦德說:“有些恒星的化學構成跟太陽有著巨大的差異,由此形成的類地行星在組成上也會大相徑庭。”
當然,其他巡天觀測已經發(fā)現(xiàn),太陽在它所處的這類恒星當中是非常普通的。不過開普勒空間望遠鏡或許可以解決另類行星的問題,因為即使它能提供的有關太陽系外行星的信息很有限,差不多只有質量和半徑,那也足以透露它們的大致構成。
在更加奇特的環(huán)境下,比如在白矮星和中子星周圍,碳地球可能會變得尤為普遍。銀河系中某些富含重元素的區(qū)域,例如銀河系中心,會具有較高的碳氧比。隨著時間的流逝,恒星不斷地制造出重元素,這個天平將會進一步向碳傾斜。
諸如此類的天文發(fā)現(xiàn)改變了我們對于平常和不平常的觀念。銀河系中的絕大部分物質是暗物質,絕大多數恒星要比我們的太陽更紅、更暗弱,現(xiàn)在看來,似乎其他的地球也可能不再和我們的地球相似。如果說有什么事物偏離了“正常”而被稱之為“另類”的話,那就是我們自己。
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