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加州大学洛杉矶分校新闻

古代恒星揭示了地球与其他行星的相似之处

加州大学洛杉矶分校的一项新研究表明,类地行星可能在宇宙中很常见。这个由天体物理学家和地球化学家组成的团队提出了新的证据,证明地球并不是唯一的。这项研究发表在10月18日的《科学》杂志上。

“我们刚刚提高了许多岩石行星与地球相似的可能性,宇宙中有大量的岩石行星。”加州大学洛杉矶分校地球化学和宇宙化学教授爱德华·杨说。

由加州大学洛杉矶分校地球化学和天体化学研究生亚历山德拉·多伊尔(Alexandra Doyle)领导的科学家们开发了一种新方法,详细分析太阳系外行星的地球化学。多伊尔是通过分析环绕六颗白矮星的小行星或岩质行星碎片中的岩石元素来做到这一点的。

“我们正在研究来自其他恒星的岩石中的地球化学,这几乎是闻所未闻的,”Young说。

“了解太阳系外行星的组成非常困难,”加州大学洛杉矶分校天体物理学和行星科学副教授希尔克·斯克里廷说。“我们用了唯一可能的办法——我们开创的方法来确定太阳系外岩石的地球化学。”

白矮星是密度大、燃烧后的正常恒星的残余。它们强大的引力导致像碳、氧和氮这样的重元素迅速下沉到它们的内部,在那里重元素无法被望远镜探测到。Doyle研究的最近的白矮星距离地球约200光年,最远的距离665光年。

“通过观察这些白矮星和它们大气中存在的元素,我们正在观察白矮星轨道上的那些元素,”多伊尔说。她说,白矮星巨大的引力撕碎了环绕它的小行星或行星碎片,这些物质落在白矮星上。“观察一颗白矮星,就像是解剖它吞噬了太阳系里的东西。”

多伊尔分析的数据是由望远镜收集的,主要来自夏威夷的w·m·凯克天文台(W.M. Keck Observatory),太空科学家此前曾出于其他科学目的收集这些数据。

“如果我只是观察一颗白矮星,我可能会看到氢和氦,”多伊尔说。“但在这些数据中,我也看到了其他材料,如硅、镁、碳和氧从环绕白矮星运行的星体上积累到白矮星上的物质。”

杨说,当铁被氧化时,它与氧共用电子,在它们之间形成化学键。“这叫做氧化,当金属生锈时,你就能看出来。”他说。“氧从铁中窃取电子,产生氧化铁而不是铁金属。我们测量了撞击白矮星的岩石中被氧化的铁的量。我们研究了金属生锈的程度。”

杨说,来自地球、火星和太阳系其他地方的岩石在化学成分上相似,并且含有高得惊人的氧化铁。“我们测量了撞击白矮星的岩石中被氧化的铁的含量,”他说。

太阳主要由氢构成,而氢的作用与氧化相反氢添加电子。

研究人员说,岩石行星的氧化对其大气、核心以及表面岩石的种类有重要影响。“地球表面发生的所有化学反应最终都可以追溯到地球的氧化状态,”Young说。“我们拥有海洋和生命所需的所有成分,这一事实可以追溯到地球被氧化的事实。岩石控制着化学物质。”

到目前为止,科学家们还不知道岩质系外行星的化学成分是否与地球的化学成分相似或有很大不同。

加州大学洛杉矶分校研究小组分析的岩石与地球和火星上的岩石有多相似?

“没有,非常相似,”;多伊尔说。“就氧化铁而言,它们与地球和火星相似。我们发现到处都是岩石,地球物理和地球化学非常相似。”

“为什么我们太阳系的岩石会被如此氧化,这一直是个谜。”Young说。“这不是你所期望的。问题是其他恒星的情况是否也是如此。我们的研究结果是肯定的。这对在宇宙中寻找类地行星来说是个好兆头。”

白矮星是科学家们少有的分析环境。

研究人员研究了岩石中最常见的六种元素:铁、氧、硅、镁、钙和铝。他们使用数学计算和公式,因为科学家无法研究白矮星的实际岩石。“我们可以从数学上确定这些岩石的地球化学成分,并将这些计算结果与我们从地球和火星上获得的岩石进行比较。”多伊尔说,他的背景是地质学和数学。“了解这些岩石是至关重要的,因为它们揭示了地球的地球化学和地球物理学。”

“如果地外岩石的氧化程度与地球相似,那么你就可以得出结论,地球也有与地球相似的板块构造和磁场势,而人们普遍认为地球上的磁场是生命存在的关键因素。”是说。“这项研究在推断太阳系外的星体方面迈出了一大步,它表明很可能真的有类似地球的星体存在。”

杨说他的部门有天体物理学家和地球化学家一起工作。

“没有,结果”;他说:“我们正在太阳系外的岩石上进行真正的地球化学研究。大多数天体物理学家不会想到这样做,大多数地球化学家也不会想到把它应用到白矮星上。”

共同作者是加州大学洛杉矶分校物理学和天文学教授本杰明·扎克曼和加州大学洛杉矶分校天文学研究员贝丝·克莱因。

这项研究是由NASA资助的。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:http://newsroom.ucla.edu/releases/stars-planets-earth-geochemistry