“超级地球”可能比之前认为的更像地球

超级地球系外行星比我们想象的更像地球

这颗行星GJ 1214b,在艺术家的构想下,有两个假想的卫星,围绕着一颗距离地球40光年的“红矮星”运行。GJ 1214b的半径约为地球的2.7倍,质量约为地球的6.5倍,这使得它完全属于被称为“超级地球”的系外行星。图片来源:CfA/David Aguilar

一项最新发表的研究表明,超级地球系外行星拥有类地气候的几率比之前认为的要大得多。

埃文斯顿,伊利诺斯州——巨大的类地行星,被称为“超级地球”,在我们的星系中很常见银河系。现在一个西北大学天体物理学家和一个芝加哥大学地球物理学家报告说,这些行星拥有类似地球气候的可能性比之前认为的要大得多。

尼古拉斯·b·考恩(Nicolas B. Cowan)和道林·阿博特(Dorian Abbot)的新模型挑战了传统观点,传统观点认为超级地球实际上与地球非常不同——每个超级地球都是一个水世界,其表面完全被水覆盖。他们得出的结论是,大多数构造活跃的超级地球——无论质量如何——将大部分水储存在地幔中,并且将有海洋和暴露的大陆,使一个像地球一样稳定的气候成为可能。

考恩是西北大学天体物理学跨学科探索与研究中心(CIERA)的博士后研究员,阿博特是芝加哥大学地球物理科学助理教授。

“超级地球的表面是完全干燥还是被水覆盖?””科恩说。“我们通过将已知的地球物理学应用于天文学来解决这个问题。

他说:“人们预计超级地球的深海会溢出它们的盆地,淹没整个表面,但我们证明这种逻辑是错误的。”“类地行星内部有大量的水。超级地球很可能在浅海盆地的同时也有浅海。”

在他们的模型中,Cowan和Abbot处理了像地球这样有趣的系外行星,它们的地幔中有相当多的水,而地幔是岩石组成的部分,构成了行星的大部分体积和质量。地幔的岩石中含有微量的水,由于地幔太大,水很快就会聚集起来。深水循环使水在海洋和地幔之间流动。(一个太阳系外行星太阳系外行星是太阳系外的一颗行星。

1月7日,在华盛顿举行的美国天文学会(AAS)第223届年会上,Cowan在新闻发布会上公布了这一发现

他还将在美国东部时间1月8日星期三下午2点到3点30分在AAS会议(盖洛德国家度假村和会议中心的波托马克舞厅D)上举行的科学会议上讨论这项研究。这项研究发表在《天体物理学杂志》上

Cowan和Abbot说,由于板块构造,水不断地在海洋和岩石地幔之间来回交换。海水在海洋和地幔之间的划分是由海底压力控制的,而海底压力与重力成正比。

在他们的模型中,海底压力和高重力的影响是两个新的因素。随着“超级地球”体积的增大,重力和海底压力也随之增大。

考恩说:“我们可以在一个超级地球上放置80倍以上的水,但它的表面仍然和地球一样。”“这些巨大的行星有巨大的海底压力,这种力量将水推入地幔。”

不需要那么多水就能把一个星球变成一个水世界。“如果地球的质量是水的1%,我们都会被淹死,不管深水循环,”考恩说。“表面将被水覆盖。对于含有千分之一或千分之一水的行星来说,是否存在深水循环真的很重要。”

“超级地球”维持裸露大陆的能力对行星气候非常重要。在像地球这样大陆暴露在外的行星上,深层碳循环受到表面温度的调节,表面温度产生稳定的反馈(地质时间尺度上的恒温器)。

“这样的反馈可能不存在于水世界中,这意味着它们应该有一个更小的可居住区域,”艾博特说。“通过将“超级地球”的大陆暴露在外的可能性提高80倍,我们大大提高了它们拥有类地气候的几率。”

考恩和阿博特承认,在他们的模型中有两个主要的不确定因素:超级地球是否有板块构造,以及地球在地幔中储存的水量。

“这是我们希望更好地了解的两件事,以改进我们的模型,”考恩说。“我们的模型很简单,但它是推进我们如何看待超级地球的重要一步。”

这篇论文的题目是“海洋和地幔之间的水循环:超级地球不一定是水世界。”

阿尔弗雷德·p·斯隆研究基金会支持这项研究。

出版: Nicolas B. Cowan和Dorian S. Abbot,“海洋和地幔之间的水循环:超级地球不需要是水世界”,2014年,ApJ, 781, 27;doi: 10.1088 / 0004 - 637 x / 781/1/27

研究的PDF副本:海洋和地幔之间的水循环:超级地球不一定是水世界

图片:非洲金融共同体/大卫阿基拉

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